Stampa 3D open source: esplorazione di soluzioni scientifiche e mediche

La stampa 3D non è una cosa nuova da ascoltare. È un'industria molto popolare in questo momento che è iniziata nei primi anni '80. Ma quanto è diversa la stampa 3D open source da progetti proprietari? In che modo questo influenza le sue applicazioni in Scienza e Medicina? Leggiamo.

Che cosa è la stampa 3D?

Proprio come una normale stampante per computer viene utilizzata per stampare in 2D su carta, il compito di una stampante 3D è quello di creare oggetti tridimensionali reali, solidificati da un file 3D digitale, naturalmente supportati da un computer. Usano diversi processi aggiungendo materiali strato per strato nella maggior parte dei metodi.

I materiali possono essere in forma liquida o in polvere destinati a essere fusi insieme, per fungere da materiale di input per la stampante 3D proprio come le stampanti 2D a getto d'inchiostro richiedono cartucce d'inchiostro. Gli oggetti che vengono creati possono essere di quasi tutte le forme geometriche.

Un termine più industriale per la stampa 3D è la produzione additiva.

Perché la stampa 3D è così utile?

La stampa 3D ha applicazioni illimitate grazie alle quali è così popolare. Analizziamo brevemente alcune di queste applicazioni, sebbene il nostro obiettivo principale sia la scienza applicata e le applicazioni mediche.

1. Prototipazione rapida

Nella stampa 3D, Rapid Prototyping è un processo in cui è possibile produrre rapidamente parti più piccole di un dispositivo più grande per una maggiore produttività, con l'aiuto del CAD 3D. Questo è un ottimo modo per testare l'usabilità dei prototipi per gli standard del settore, da qui il termine.

2. Veicoli

Ci sono una grande varietà di processi di produzione stampati in 3D per l'aviazione, l'industria automobilistica, l'aerospaziale, la cantieristica navale e altro ancora.

3. Ambiente

Strutture di corallo stampate in 3D sono ora in fase di sviluppo per salvare le nostre barriere coralline che muoiono.

4. Costruzione

Parti di interi edifici possono ora essere creati con la Stampa 3D che può essere riassemblata in un secondo momento per la costruzione di varie architetture. Ora puoi stampare in 3D la tua casa in meno di un giorno!

5. Odontoiatria

Lo sapevi che anche i denti possono essere stampati in 3D? Pensa a quanto accuratamente possono essere progettati per sostituire o riparare i denti!

6. Gadget e strumenti

Puoi persino stampare in 3D i tuoi gadget e strumenti personalizzati per uso personale!

7. Organi

Sì, è vero, la ricerca sulla stampa 3D ha fatto così tanti progressi che ora è anche possibile ricreare organi umani pronti per un trapianto di pazienti che hanno fegato, rene, cuore, polmoni o qualsiasi altro organo vitale che è danneggiato oltre "riparazione".

Ora che abbiamo visto alcune delle varie applicazioni, riflettiamo su quale dei seguenti due approcci è più adatto a loro:

Stampa 3D proprietaria (fonte chiusa)

La stampa 3D proprietaria, come suggerisce la frase, utilizza software proprietario che non consente l'accesso al codice sorgente per lo sviluppo a livello di comunità. Eventuali modifiche apportate all'hardware annulleranno anche la garanzia in caso di proprietà di una stampante 3D proprietaria. Se è necessario modificare il modo in cui la stampante funziona per personalizzarlo in base alle proprie esigenze specifiche, si è bloccati da una serie di tali problemi.

Se tali regole vengono seguite per una qualsiasi delle applicazioni di stampa 3D di cui abbiamo parlato nella sezione precedente, diventa davvero difficile concentrarsi sugli obiettivi di progetto reali.

La stampa 3D proprietaria può essere molto costosa, non solo in termini di denaro, ma anche se si considera il tempo, che è anche abbastanza prezioso da considerare mentre si lavora su un progetto di stampa 3D.

Stampa 3D open source

Open Source 3D Printing elimina tutti i problemi che abbiamo appena discusso nella sezione proprietaria. Non solo riduce i costi, ma consente un'innovazione più semplice per risolvere i problemi affrontati durante la produzione 3D.

Apparentemente, anche la frase "Open Source 3D Printing" sta guadagnando popolarità, come è evidente con una semplice ricerca online.

Ora è possibile per gli utenti utilizzare completamente Open Source, consentendo di ridurre notevolmente i tempi di produzione e i costi di produzione!

Esempi di scienza applicata e soluzioni mediche Ottenute con la stampa 3D open source

Abbiamo riflettuto su quale di queste numerose applicazioni sia più significativa per migliorare radicalmente e sostenere la qualità della nostra vita e del nostro pianeta, e quindi abbiamo deciso di esplorare specificamente le soluzioni scientifiche e mediche per fare proprio questo.

Pertanto, in questa sezione finale e più importante, selezioniamo le applicazioni correlate appena discusse e analizziamo in dettaglio alcuni esempi in cui riteniamo che l'approccio open source sia più necessario:

1. Salvare le nostre barriere coralline

3D stampato Coral Reefs sviluppato da Reef Design Lab

Le barriere coralline sono una parte estremamente importante della biodiversità del nostro pianeta e stanno morendo.

Le barriere coralline stampate in 3D sono ora un'iniziativa molto promettente per contribuire a ripristinarle. Reef Design Lab ha recentemente reso possibile supportare la vita dei coralli. Il design dei modelli 3D coinvolti nel progetto sarà reso Open Source in modo che i ricercatori che vogliono contribuire allo stesso possano prendere attivamente parte.

2. Sostituzione dei denti

Denti stampati 3D? Sì, è una possibilità definitiva oggi! C'è anche un interessante miglioramento nel design: questi denti sono progettati con materiale anti-batterico in natura! Questo rende possibile uccidere i batteri responsabili della carie a contatto del cibo che mastica!

3. Bioprinting

Un Bioprinter 3D è un dispositivo che richiede "bio-inchiostro" per essere utilizzato come materiale per il tessuto bioingegnerizzato 3D Print.

Il seguente breve video descrive il processo di Bioprinting di un orecchio umano. Nota come non usano la plastica o la gomma ma il tessuto vivente come un biomateriale!

L'Open Bioprinting Initiative

Come abbiamo appreso che l'ingegneria dei tessuti è fortemente guidata dalla tecnologia di stampa 3D, dovremmo anche considerare che ogni paziente è diverso, e quindi è necessario per una piattaforma aperta che consente la produzione personalizzata per la generazione di tessuti e organi.

Un sistema aperto che consente la stampa personalizzata di materiali biologici di diversa natura renderà molto più facile condurre ricerche in ingegneria tissutale.

L'Open Bioprinting Initiative è stato un passo che si rivolge a questo stesso obiettivo primario. Il documento correlato non è Open Access. Ma per scopi didattici, è stato reso disponibile sul loro repository GitHub chiamato Papers .

Il documento indica come un sistema di Bioprinting 3D multicanale Open Source sia importante sia in termini di Hardware che di Software. Indica anche l'efficacia dei costi perché il sistema è progettato e integrato con un approccio Open Source per trovare le condizioni ottimali per il Bioprinting 3D.

La ricerca di un cuore bioprintintivamente funzionale!

Sappiamo tutti quanto sia importante il cuore per la nostra salute. Una società di tecnologia medica denominata Biolife4D ha recentemente dimostrato la sua capacità di creare 3D Bioprint Human Heart Tissue! Questo è un risultato notevole!

Usano le cellule viventi per bioprintare le strutture biologiche. I globuli bianchi del paziente sono stati riprogrammati per creare cellule staminali pluripotenti e cellule cardiache, in cui il processo ha richiesto pochi giorni per una generazione completa sotto forma di un cerotto cardiaco.

Attualmente, la loro ricerca riguarda lo sviluppo di singole parti come valvole cardiache e vasi sanguigni per il cuore. Il loro obiettivo finale al momento è quello di creare un cuore bioprintesso perfettamente funzionante.

Abbiamo cercato online i loro repository Open Source ma non siamo riusciti a trovarne. Speriamo che facciano parte della loro ricerca Open Source in futuro in modo che un numero maggiore di accademici e ricercatori possano contribuire in modo collaborativo allo sviluppo di un 3D Bioprinted Heart completamente funzionale. Un'azione del genere darebbe inoltre un forte impulso a iniziative come Open Bioprinting .

Nanotecnologia applicata per trapianto di organi

"Il settore dell'ingegneria dei tessuti sta progredendo costantemente, in parte grazie ai progressi nella tecnologia di prototipazione rapida. Anche con crescente attenzione, la rigenerazione complessa del tessuto di successo dell'osso vascolarizzato, della cartilagine e dell'interfaccia osteocondrale rimane ampiamente illusoria. Questa recensione esamina le attuali tecniche di stampa tridimensionale e la loro applicazione nei confronti dell'osso, della cartilagine e della rigenerazione osteocondrale. L'importanza e l'integrazione dell'integrazione dei nanomateriali è anche evidenziata con esempi recenti pubblicati. Vengono discussi i successi e le sfide degli studi recenti nella fase iniziale, con una prospettiva per la ricerca futura nelle aree correlate ".

Nowicki, M., Castro, NJ, Rao, R., Plesniak, M. e Zhang, LG (2017). Integrazione della stampa tridimensionale e della nanotecnologia per la rigenerazione muscolo-scheletrica. Nanotecnologia, 28 (38), 382001. doi: 10.1088 / 1361-6528 / aa8351

Nel nostro precedente articolo Open Science, abbiamo discusso in dettaglio l'argomento nanotech e open source menzionando questo articolo nel suo riassunto. La nanotecnologia e la stampa 3D condividono una forte correlazione.

Abbiamo discusso i materiali utilizzati per creare oggetti 3D tramite le stampanti. Questi materiali possono anche essere progettati su scala nanometrica.

Poiché i materiali sono progettati dalla nanoscala bottom-up, consentendo tre livelli di precisione estremamente necessari, ad esempio nano-micro-macro, è ora possibile conservare proprietà come la massima resistenza con il minimo peso. Ciò significa che ora possiamo regolare l'elasticità, la forza o la durezza di tali oggetti stampati 3D con elevata precisione.

Una precisione così elevata è della massima importanza nello sviluppo degli organi umani stampati in 3D, che ora possono effettivamente consentire di salvare innumerevoli vite. L'ingegneria tissutale sarebbe notevolmente migliorata e quindi promuoverà un'efficace produzione di tessuto osseo, cartilagine o tessuto osteocondrale stampato in 3D.

Non è tutto, come abbiamo già visto come altri organi vitali sono ancora più significativi.

4. Scoperta di farmaci

"I risultati attuali includono sistemi di somministrazione di farmaci multifunzionali con caratteristiche di rilascio accelerato, forme di dosaggio personalizzabili e regolabili, impianti e fantasmi corrispondenti a specifiche anatomie del paziente e materiali basati su cellule per la medicina rigenerativa."

Jamróz, W., Szafraniec, J., Kurek, M., & Jachowicz, R. (2018). Stampa 3D in applicazioni farmaceutiche e mediche - Recenti realizzazioni e sfide. Ricerca farmaceutica, 35 (9). doi: 10.1007 / s11095-018-2454-x

In precedenza abbiamo discusso sul motivo per cui Open Source Pharma è detto "Linux for Drugs". La stampa 3D rafforza questa iniziativa perché consente una maggiore flessibilità, risparmio di tempo e produzione di farmaci con estrema precisione. Tale metodo di scoperta dei farmaci si avvale del metodo di base della stampa 3D del CAD layer-by-layer per formulare i materiali farmacologici con il dosaggio corretto.

La FDA ha approvato il primo farmaco 3D stampato alcuni anni fa. Lo sviluppo di farmaci stampati in 3D affronta le sfide delle tecniche di produzione convenzionali nelle unità farmaceutiche. Il vantaggio maggiore risiede nella sua capacità molto migliore di creare farmaci di qualità in termini di carico di droga, rilascio di farmaci, stabilità del farmaco e stabilità della forma farmaceutica, come descritto in questo documento di accesso aperto in modo molto dettagliato.

Sommario

Pertanto, in questo ampio articolo riguardante la stampa 3D, abbiamo iniziato presentandovi brevemente il concetto seguito dalla comprensione del suo significato con diversi esempi di applicazioni.

Più avanti, abbiamo differenziato tra modelli di stampa 3D proprietari e open source per comprendere i vantaggi di quest'ultimo.

Infine, ci siamo concentrati sulle soluzioni scientifiche e mediche per la bioprinting open source, esaminando le iniziative per salvare i nostri coralli, la sostituzione dei denti con capacità anti-batteriche, la bioprinting con focus sulla bioprinting open source e la nanotecnologia applicata per il trapianto di organi. Nella nostra sottosezione finale, abbiamo anche evidenziato il ruolo della stampa 3D in Drug Discovery.

Queste sono solo alcune delle molte applicazioni della stampa 3D. Riteniamo che sia necessario che i produttori proprietari migrino verso modelli di business open source che promuovano una migliore applicabilità per il nostro pianeta.

Quali sono le tue opinioni? Pensi che ci dovrebbe essere più impegno in Open Bioprinting e in altre applicazioni di stampa 3D? Sei mai stato coinvolto nella stampa 3D? Si prega di condividere i vostri pensieri con noi nei commenti qui sotto.

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