由自感應(yīng)壓阻材料3D 打印的智能支架改善對(duì)脊柱側(cè)彎的治療

文/ 本刊編譯（原文來自JEC）

一種3D打印的新型輕質(zhì)背部支架能夠感知如何有效地適應(yīng)病人，從而改善了對(duì)脊柱側(cè)彎的治療。

脊柱側(cè)彎是脊柱畸形的一種常見形式，影響了大約3%的人口，最常見于10 歲至15 歲的年輕人。通常，這些年輕人可以利用背部支架來進(jìn)行矯正，在停止生長之前，要一直戴著背部支架。

雖然背部支架治療是有效的,但穿戴它可能會(huì)帶來一些不舒服，而且可能需要一個(gè)耗時(shí)的反復(fù)試驗(yàn)過程，才能找到最適合每個(gè)病人的方案。

來自英國和美國的一個(gè)工程師和醫(yī)護(hù)人員團(tuán)隊(duì)，將聚丙烯這種輕質(zhì)可回收的塑料與碳納米管結(jié)合起來，創(chuàng)造了一種多孔材料，這種材料能夠感知到其在使用過程中所承受的壓力（和應(yīng)力）。

這些研究人員介紹說，這種材料可被用于創(chuàng)造一種智能支架，該支架能夠檢測(cè)到它對(duì)人體施加的壓力，從而有助于更好地精細(xì)調(diào)整支架，使治療過程更加舒適。

在發(fā)表于《ACS Applied Materials and Interfaces》雜志上的一篇新的論文中，由格拉斯哥大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)描述了置于聚丙烯無規(guī)共聚物材料中的碳納米管是如何使這種材料能夠在其結(jié)構(gòu)上形成一個(gè)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

他們利用3D 打印，采用這種材料創(chuàng)造出網(wǎng)格狀的結(jié)構(gòu)，并使它們承受靜力和循環(huán)載荷，同時(shí)測(cè)量這種智能復(fù)合材料在負(fù)載下的電阻變化。

這種對(duì)材料壓阻變化的測(cè)量，有助于在未來創(chuàng)造一種智能支架，允許醫(yī)療人員看到身體的哪個(gè)部位對(duì)支架施加了最大的壓力。

他們的測(cè)試表明，即使經(jīng)過了100 次加載和卸載循環(huán)，這種材料仍保留了感知材料所經(jīng)歷的張力的能力，說明它足夠智能，可以用在支架上。

格拉斯哥大學(xué)James Watt 工程學(xué)院的Shanmugam Kumar 博士是這篇論文的通訊作者。來自美國德克薩斯州A&M 大學(xué)、馬薩諸塞州總醫(yī)院和麻省理工學(xué)院的同事們也為這項(xiàng)研究作出了貢獻(xiàn)。

Kumar 博士說，脊柱側(cè)彎是一種令人痛苦并使人虛弱的疾病，雖然目前的支架比以前好很多，但仍有很大的改進(jìn)空間。

“我們開發(fā)的這種自感應(yīng)材料具有很大的潛力，可以使下一代的支架得到改進(jìn)。我們希望未來脊柱側(cè)彎患者可以獲得醫(yī)生的單獨(dú)評(píng)估，以便可以用3D 打印的方式，單獨(dú)針對(duì)其自身?xiàng)l件為他們制造最適合的支架。”Kumar 博士說道，“在穿戴幾個(gè)星期后，他們可以回到他們的醫(yī)生那里，利用來自壓阻式應(yīng)變傳感支架的讀數(shù)來對(duì)支架進(jìn)行調(diào)整，使它更加有效，這樣，就不再需要目前臨床醫(yī)生不得不依賴的反復(fù)試驗(yàn)過程?！?/p>

Kumar 博士表示，這有助于病人更精確地調(diào)整支撐在不同方向的剛度，好的數(shù)據(jù)能夠告知調(diào)整支架的最佳時(shí)間和方式，從而使它們與采用傳統(tǒng)制造方法由被動(dòng)材料制成的剛性支撐相比，有了明顯的改進(jìn)。除了提供可調(diào)整的機(jī)械和功能特性外，這種智能復(fù)合材料的多孔設(shè)計(jì)還使得該支架更加輕質(zhì)。

“我們熱衷于探索這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用，為此，我們正在與英國的醫(yī)生開展早期的交流，同時(shí)，一家醫(yī)療器械公司想要看看有沒有在臨床中試用這些支架的可能性。”

該團(tuán)隊(duì)發(fā)表于《ACS Applied Materials and Interfaces》雜志上的論文題目是“用于自感應(yīng)壓阻材料增材制造的碳納米管摻雜熱塑性納米復(fù)合材料的合成與表征”。這項(xiàng)研究得到了阿布扎比國家石油公司的資助。