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股関節がプリンタから出力される

February, 15, 2022, Dresden--ハイテク義歯、自律的に身体の炎症反応を検出する人工関節、あるいは個々人に最適化された車椅子。ドイツ-ポーランドFraunhofer-Gesellschaft High-Performance Centerは、医療技術で、3Dプリンティングプロセスを利用するための新技術を開発している。

フラウンホーファーゲゼルシャフトでは、それは、3月に設立された2つの国際的ハイパフォーマンスセンタの一つであり、組織間の協力に専心する。

積層技術は、特に医療技術分野のメーカーには、興味深い機会を提供する。3Dプリンティングにより患者に合わせた個別のソリューションや、新しい、改善された特性や機能をコンポーネントに統合することも可能になる。これは、通常、従来のプロセスよりもコスト効果が優れているだけでなく、新しい治療や処置アプローチも提供できる。2021年設立のATeM High-Performance Centerは、今後数年でAMを確立された医療技術の標準ツールに変えることを目標にしている。今年末には、プロジェクトパートナーは最初のデモンストレーションを行う予定である。

研究者は現在、複数の個別プロジェクトで新しいアプリケーション領域を研究している。一つのプロジェクトは、歯科における3Dプリンティングの展望に焦点を当てている。「患者にとって装着の快適性向上のために歯科補綴物で付加的機能の統合、革新的な材料の利用に大きな可能性がある」とFraunhofer IWS.積層造形(AM)・プリンティング技術分野マネージャ、Dr. Frank Brückner教授は説明している。AMにより、口腔の3Dスキャン後、直ちに非常に複雑なインプラントがプリントできるので待ち時間が少なくなる。アディティブプロセスは、例えば、金属とプラスチック材料を統合して美観向上にも使える。

スマート股関節: センサとファイバが新しい可能性を開く
別のアプリケーションシナリオは、医療コンポーネントへのセンサの直接統合など、機能強化に焦点を当てている。積層造形膝、股関節の高感度センサは、高い温度、あるいは変化したバイオマーカーに反応することで手術後の炎症反応を検出できる。将来、lab-on-a-chipシステムもプリントされ、チップに置き換えられる人体の臓器機能やプロセスのシミュレーションが可能になる。したがって、動物テストなしで薬剤の研究ができるようになる。

Fraunhofer IWUが主導する2つのプロジェクトで研究者は、現在、繊維強化3D構造がどのようにプリントできるかを研究している。「われわれは、プラスチックマトリクスに直接導入した強化繊維を使うことで、荷重に適した製品設計を達成できる、また非常に軽量でもある」と、Fraunhofer IWU Lightweight and Textile Technologies科学ディレクタ Dr. Lothar Kroll教授は説明している。例えば、生体適合熱可塑性ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を使い頭蓋インプラントのプリントに、これは利用可能である。研究チームは、現在、車椅子向けの個別適合シートや高強度装具に取り組んでいる。

患者は、いずれその成果の恩恵を受ける
Fraunhofer IWSとTU WroclawのCAMTが管理するFraunhofer Project Centerは、2008年に設立された。「High-Performance Centerで、この成功した強力の相乗効果をさらに拡大できることを喜んでいる」とDr. Edward Chlebus教授は言う。同氏は、TU Wroclawの機械工学部の前学部長。High-Performance Centerは、ドイツでFraunhoferゲゼルシャフトがすでに何年もテストしており、現在、知識移転と産業協力を特に重視している。現在、それは欧州経済の強化に向けて重要な組織間の推進力となっている。

Fraunhofer IWSのRobin Willner研究者は、「全てのパートナーは、積層造形分野の専門家である」と言う。同氏によると、TU Wroclawは、そこの医学部と密接な関係がある。「全体として、われわれは、どこにニーズが存在するか、ソリューションがまだ見いだされていないのはどこか、医療やヘルスケア分野で積層技術が付加価値を生み出すのはどこかについて優れた洞察がえられている」。

2021年第3四半期末にプロジェクト参加者は、個々のプロジェクトの初のデモンストレーションを予定していた。この迅速な実装は可能である。パートナー研究機関が、過去に予備研究で現在の研究のための重要な基盤をすでに作製していたからである。新しい医療製品や治療のためのアイデアは、産業提携や可能なスピンオフを通じて近い将来に患者に利益をもたらすと考えられる。

将来的には、lab-on-a-chipシステムは、動物テストに取って代わり、患者に特化した薬剤利用が可能になる。“ATeM”は、細線細工半導体システムを直接、生体適合、流動的にタイトな方法で組み込むために、これらのシステムの製造を重視している。

(詳細は、https://www.iws.fraunhofer.de)