医疗和牙科

科学家们以蜻蜓为灵感,3D打印出新的“尖刺关节”,用于治疗手腕损伤

德国的研究人员基尔大学已经开发了新颖的3D印花“尖刺关节”,为手腕伤害患者提供更灵活的ARM支持。

受蜻蜓自然翅膀微关节的启发,这种尖状关节具有新颖的联锁机制,可以在不影响自由运动的情况下缓冲手腕。当其硬度达到最大时,科学家们相信他们的设备可以理想地治疗日常的拉伤和扭伤,并预防运动员常见的过伸损伤。

基尔研究人员的3D打印手腕夹板的布局示意图。
研究人员的3D印刷支持(图示)证明能够抵抗高达30公斤的重量。通过T.C.生物学和仿生材料杂志。

革命手腕夹板

肌肉,骨骼或关节(又称肌肉骨骼损伤)的伤害是痛苦的。根据基尔研究人员的说法,占U.K的多达15%和美国。访问GPS与此类菌株,扭伤和骨折有关,其中大多数由健身或举重等剧烈运动活动产生。

目前,治疗肌肉骨骼损伤通常采用传统的石膏型,但这些石膏型太重,限制性强,对环境极其不利。在2012年的一项研究中,研究人员发现,每年仅废弃的绷带就会产生67万公斤的垃圾,这就需要创造一种更环保的解决方案。

虽然3D印刷的可达性增加最近产生了更轻质和可回收的手腕夹板设计,但它们通常是为移动性的刚性而建造的,这限制了佩戴者的运动。为了克服这一点,基尔团队已经从控制蜻蜓翅膀的变形的关节中获得了灵感,以开发更灵活的支持,能够更好地适应应用的负荷。

一幅蜻蜓的图片,以及它翅膀静脉关节的特写。
尖刺关节基于蜻蜓的翅膀上的静脉关节。通过T.C.生物学和仿生材料杂志。

坚固而适应性强的尖钉连接

利用一个PRUSA I3 MK3 3D打印机和PLA灯丝,科学家们已经能够将专利的设计变为现实,创造了一个工作手腕夹板原型。该装置本身具有具有四个互连管状元件的移动部件,每个传感器包括钉状止动件,允许用户将其锁定到位的所需角度。

在其他地方,14×3×2厘米3.手腕支撑穿孔以改善透气性,并安装在其侧面上的四个手柄和魔术贴带,使其易于安装或移除。为了评估其设备的承载能力,该团队将其进行了一系列静态弯曲试验,其中证明能够抵抗高达30kg的重量。

研究人员称,如果用更有弹性的合金制成,它们的支撑力可以承受450公斤以上的压力。鉴于目前的世界举重纪录是477公斤,这是一个不小的壮举。进一步的测试表明,该设备的“尖刺”也可以在手腕角度高达70-80°时激活,证明了它在防止过伸损伤方面的有效性。

尽管科学家们还没有对他们的新型手腕夹板进行临床试验,但他们已经设计出了一种膝关节和肘部的变体,并考虑他们的方法来代表一种“可市场化的技术”。“该团队还认为,他们的‘可变移动性’概念可以很好地适用于机器人或工程应用,有可能在未来产生变形承重结构。

3D打印优化的臂括号

使用3D打印,可以精确调整许多临床设备的尺寸和刚度水平,并且该技术通常部署以制造定制的支持。

基于的研究人员佐治亚大学例如,他们使用3D打印机创建了一个个性化的胳膊支撑美式足球运动员索尼米歇尔。碳纤维支持使跑回来返回动作,同时保留在戏剧期间携带手臂下的球的能力。

同样,临床医生从东南大学中大医院3D打印了一个小说的手臂支撑这使患者能够重新获得他的左手的使用。使用3D扫描和建模,MEDICE最终能够制造比使用传统技术的更可定制的括号。

采取更可扩展的方法,意大利生物医学启动挂式已开始销售其新的“盔甲”范围可定制的3D打印背带。首次亮相CES 2021.,模块化支撑件设计成强壮且透气,同时可根据每个患者的需求来定制。

研究人员的调查结果在题为“spike -joint:一种结合移动和支持的生物灵感解决方案“这是由Ali Khaheshi,Stanislav N. Gorb和Hamed Rajabi共同撰写的。

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特色图片显示基尔团队3D印刷支持的优势摘要。通过T.C.生物学和仿生材料杂志。