3D-печать черпает вдохновение из природы для восстановления костей
23.05.2024Исследователи Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне используют 3D-печать и машинное обучение для создания нового типа биоматериала для восстановления костей. Этот материал имитирует распределение напряжения в натуральной кости, предлагая потенциально лучшее решение для переломов бедренных костей по сравнению с традиционными металлическими пластинами.
Напечатанный на 3D-принтере полимерный материал, соединенный с моделью человеческой бедренной кости. (Изображение предоставлено: Университет Иллинойса Урбана-Шампейн)
Переломы бедренной кости, длинной кости верхней части ноги, являются распространенной проблемой, особенно у пожилых людей. Традиционные методы ремонта часто включают металлические пластины и винты. Пока они выполняют свою работу, они могут вызвать боль, расшатывание и даже дальнейшую травму. Этот новый подход идет по другому пути.
Команда использует “полностью управляемую вычислительную систему” разрабатывать и создавать материалы, имитирующие свойства распределения напряжения в кости. Представьте себе, что база данных материалов и алгоритмы машинного обучения работают вместе. Они проектируют виртуальный материал, затем анализируют связь между его структурой и тем, как он справляется со стрессом. Но исследователи пошли еще дальше. Они используют специальный алгоритм вычислительной оптимизации, чтобы не только воспроизвести структуру кости, но и максимизировать ее способность распределять напряжение.
Исследования не ограничиваются компьютером. Команда напечатала на 3D-принтере полномасштабный прототип своего биоматериала из смолы и прикрепила его к модели сломанной бедренной кости. Эта осязаемая модель позволила им проверить ее эффективность в реальном мире, подтвердив возможность создания синтетических материалов, имитирующих рост биологических систем.
Речь идет не только о лечении сломанных бедренных костей. Исследователи предполагают, что с помощью этой техники можно будет создать имплантаты, которые активно стимулируют восстановление кости. Обеспечивая оптимальную поддержку и снижая нагрузку на место перелома, эти имплантаты могут значительно улучшить время и результаты заживления.
<стр>Источник: eurekalert.org