問題是，目前的導(dǎo)管都是標(biāo)準(zhǔn)的大小和形狀，這意味著它們不能滿足所有早產(chǎn)兒的需求。美國(guó)東北大學(xué)機(jī)械和工業(yè)工程系助理教授Randall Erb指出：“新生兒護(hù)理時(shí)，每個(gè)孩子都有不同的大小，每個(gè)寶寶都有各種不同的問題。如果你可以打印一個(gè)導(dǎo)管，它的幾何形狀是個(gè)體特異性的，那么你就可以把它插入到某一個(gè)臨界點(diǎn)，從而避免穿刺靜脈，還可以加速內(nèi)容物的傳遞。”

    Erb的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種創(chuàng)新的3D打印技術(shù)，利用磁場(chǎng)域?qū)?a href="http://m.shijieche.cn/sell/" target="_blank">復(fù)合材料——塑料和陶瓷的混合結(jié)構(gòu)，塑造成患者特異性的產(chǎn)品。他們正在開發(fā)的生物醫(yī)學(xué)設(shè)備，其中包括導(dǎo)管，將比目前的模型更強(qiáng)大和更輕，有了這些定制設(shè)計(jì)，就可以確保更貼切的擬合。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在十月二十三日的《Nature Communications》。

    回歸自然

    博士生Joshua Martin幫助設(shè)計(jì)并運(yùn)行了這項(xiàng)研究的許多實(shí)驗(yàn)，他說，其他人在三維打印時(shí)用復(fù)合材料。Erb和Martin說，他們這項(xiàng)技術(shù)的突出之處在于，使我們能夠控制陶瓷纖維是如何被安排的，因此控制著材料本身的機(jī)械性能。

    如果你正在制造具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)備，比如定制微型的生物醫(yī)療設(shè)備，那么這個(gè)控制是至關(guān)重要的。在一種患者特異性的設(shè)備中，轉(zhuǎn)角、曲線和孔洞，必須通過安排在正確配置的陶瓷纖維而得以加固，以使設(shè)備更加耐用。這是許多天然復(fù)合材料（從骨頭到樹狀結(jié)構(gòu)）采用的策略。

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    考慮到人骨的結(jié)構(gòu)。磷酸鈣的纖維——骨的礦物成分，自然圍繞著血管的孔洞，以確保骨骼的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而使你的股骨能夠承受每日慢跑。

    Martin解釋說：“我們效仿大自然，選取非常簡(jiǎn)單的構(gòu)建模塊，但是將它們組織起來的方式，會(huì)產(chǎn)生真正令人印象深刻的機(jī)械性能。”Erb和Martin的三維印刷法，利用磁性，使每個(gè)微小的纖維排列的方向，精確地符合打印道具的幾何形狀。

    Erb說：“我們現(xiàn)在合成生產(chǎn)的都是架構(gòu)類。我們的另一個(gè)目標(biāo)是，使用磷酸鈣纖維和生物相容性塑料，來設(shè)計(jì)外科植入物。”

    磁吸力

    磁性是他們這項(xiàng)3D打印技術(shù)中的決定性因素。最初，Erb是在2012年《Science》上發(fā)表的一篇論文中，描述了磁性在復(fù)合材料制作過程中的作用。

    研究人員首先“磁化”了陶瓷纖維，用氧化物非常輕松地粉化它們，Martin指出，氧化鐵已被FDA批準(zhǔn)用于藥物傳遞應(yīng)用。然后，他們將超低磁場(chǎng)應(yīng)用到符合材料的各個(gè)部分——浸入液態(tài)塑料的陶瓷纖維，以按照他們打印產(chǎn)品的精確規(guī)格，來排列纖維。

    在《Science》這篇論文附帶的一個(gè)視頻中，你可以看到，磁場(chǎng)被打開時(shí)，纖維涌向一起。Erb說：“磁場(chǎng)是很容易應(yīng)用的，它們是安全的，而且它們不僅能穿透我們的身體，也會(huì)穿透很多其他的材料。”

    最后，在一個(gè)稱為光固化快速成型（stereolithography）的過程中，他們用一種計(jì)算機(jī)控制的激光束硬化塑料，一層一層地構(gòu)建了產(chǎn)品。每6×6英寸的層次，只需要一分鐘的時(shí)間來完成。

    Martin說：“我認(rèn)為，我們的研究為材料科學(xué)研究，開辟了一個(gè)新的前沿。很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，研究人員一直想努力設(shè)計(jì)出更好的材料，但理論和實(shí)驗(yàn)之間一直存在著差距。有了這項(xiàng)技術(shù)，我們終于進(jìn)行了初步的研究，我們可以從理論上確定，一個(gè)特定的纖維結(jié)構(gòu)可導(dǎo)致改良的機(jī)械性能，我們也可以生產(chǎn)這些復(fù)雜的架構(gòu)。”