3d打印动脉从内部监测阻塞

在美国，血管置换是一项相当常见的手术，每年平均有45万名患者接受血管移植，以治疗血栓、冠心病、中风损伤和其他问题。一旦外科医生植入了新血管，它的健康状况就会通过CT扫描、超声波和其他昂贵的成像技术来监测。尽管如此，每年仍有40%到50%的移植失败，导致更多的手术，在某些情况下甚至导致死亡。

这是威斯康星大学麦迪逊分校的原因之一材料科学工程师正在开发一种新的3d打印人造血管，它可以让医生和病人远程监控它的健康状况。王旭东教授和第一作者李军描述了一种柔性铁电复合材料，他们将其3D打印到能够实时监测的人造动脉中。这项研究可能会对工业软管和管道产生影响，这些软管和管道可能会嵌入压力传感器。

他说:“这种人造血管可以根据压力波动产生电脉冲，这将能够在不使用任何额外电源的情况下准确地判断血管中的血压。”“由于3D几何结构，电脉冲剖面将能够在早期阶段判断是否存在由于内部堵塞而导致的不规则运动。”

动脉项目源于Wang对新型柔软、灵活的生物相容性压电材料的长期研究兴趣，或者可以在人体中使用而不会引起排斥或损伤的物质。为了在3D打印过程中实现瞬时极化，该团队将功能化铌酸钠钾压电陶瓷纳米颗粒与铁电聚偏氟乙烯聚合物结合在一起。

然后，他们使用这种材料和一台现成的3D打印机打印了一个管状动脉，该打印机集成了一个额外的电源和一个电极。在他们的设计中，打印机通过靠近喷嘴的强电场挤压材料，使陶瓷颗粒极化，从而使结构具有压电特性，或者通过机械应力产生电荷的能力。

在模拟阻塞、高血压和其他人工血管面临的问题之前，李将人造动脉进行了速度测试，将其连接到人工心脏系统上。这种自供电的材料能够正确地检测动脉内的力和压力的变化。

下一步是优化新型铁电复合材料的生产和3D打印工艺。该团队还希望找到方法，使打印的3D结构更加敏感，并计划与生物医学领域的研究人员合作，用更真实的循环系统模型来测试动脉。

此外，他们希望使用这种新材料来打印人工心脏瓣膜。目前，替代心脏瓣膜要么是机械的，要么是来自人类或动物捐赠者的，但没有一个包括王的材料中发现的那种自我监测。该团队还相信，未来有可能使用铁电生物材料和3D打印机来制造其他定制的人造器官。

虽然研究人员正在研究许多其他类型的人造血管和器官，但王认为这种技术比更复杂的技术有一些优势。

“这是一项简单、可扩展的技术，”王说。“我们的新型可打印复合材料使我们能够一步制作3D结构，可以在制造后立即显示多功能。”

-副主编Chris Vavra编辑控制工程、CFE媒体与技术、cvavra@cfemedia.com．

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