公益小天使3DS微型SLA打印机的成名之路

贫血症是一种很容易诊断的疾病,仅需抽血检验即可诊断。然而在发展中国家的农村地区,如何接近潜在患者成为一大挑战。
 
        通过3D打印,堪萨斯州立大学的何梅(音译)博士及研究生Kimberly Plevniak正在研制一种极有可能实现的解决方案:利用透明塑料芯片采集血液样本,然后用智能手机读取样本数据,以此诊断病人是否患有贫血症。

 

一个普遍性问题
         全球超过20亿人,即世界人口总数的30%,患有贫血症。患者多为孕妇及学龄前儿童。
 
        在印度尼西亚,大约有超过500万的孕妇及7600万儿童分布在18,307个岛屿上,对于他们而言,去医疗中心或诊所看病是一难事。要解决世界上这些偏远地区的就医问题,关键在于研制一种无需专家诊断的POC即时诊断设备。
 
       弗莱尼克说:“贫血症通过补充铁或者维他命以及采取健康饮食即可治愈,即便如此,贫血症在发展中国家依然普遍存在。在发展中国家,拥有智能手机比找医生或者受过专业培训的医疗专业人员就诊要容易得多。”
 
用于POC即时诊断的微流体
       据国立卫生研究院称,在未来,医疗保健业将以预防和早期检测为重点, 而即时诊断设备正是该项运动的重要组成部分。在地广人稀、缺乏现代交通工具的发展中国家,即时诊断设备显得尤其重要。
 
        微流体可以小规模地甚至以亚毫米标准对液体进行处理,因此其对POC的研制至关重要。利用微流体装置,人们可以在微芯片或者小滑槽上即可进行血液检验,由此降低了生产成本和运输成本。如果该装置基于智能手机而设计,那么无需专门的医学培训,人们就可轻松使用。
 
        堪萨斯州原型设备是一种透明的塑料芯片,在芯片上滴入血液样本,然后用智能手机进行扫描,60秒内即可给出诊断结果。


 
更快捷、更实惠的原型制作
        对POC微流体装置进行原型制作,不仅成本高昂,工序也复杂。该过程涉及一系列制作步骤而且需要用到很多材料,如:聚二甲基硅氧烷聚合物和玻璃等。而且在制作过程中还要用到一种特殊而昂贵的设备,还需要多次人员参与。制作成本一般为几百美元,耗时一两天才能完成原型制作。
 
       何博士说:“大部分POC装置都需要进行微加工,这一工序需要用到专门的技巧和设施,而且需要在科学实验室内完成。”
 
       但3D打印完全改变了这一情况。一名经过基础培训的操作人员,用现成的打印材料在一台低端3D打印机上,在一小时之内就可完成微流体装置的原型制作。
 
       何博士说:“花一两天时间制作一个PDMS模型或者芯片,与花1小时3D打印一个模型,这两者的差别实在太大了。3D打印机无需太多培训,即可操作。3D打印具有快捷、一站式成型且操作简单等特点,实在是原型制作的不二之选。”
 


 
选择合适的打印机
        弗莱尼克和何博士找到D3 Technologies公司,想选一款最能满足他们需求的的3D打印机及打印材料。D3 Technologies公司位于密苏里州斯普林菲尔德市,是一家设计及工程系统集成商也是3D Systems公司的合作伙伴。
 
       弗莱尼克说:“在决定购买3D Systems ProJet® 1200打印机之前,D3公司给了我们很多建议和支持。在订货前,我们咨询了很多问题,D3公司为我们带来了一个透明材质的样本,这样我们就能亲眼看到并能进行测试。D3公司还安排我们参观用户现场,我们看到了ProJet®  1200打印机运转时的工作状态。”
 
       ProJet®  1200打印机简直就是为微流体装置原型制作而量身定做的。该款打印机适合于打印精密的小部件和铸造模型。机器占地面积小,价格经济实惠,无论在何地均可安全使用,而且易于操作。

        ProJet®   1200打印机的打印尺寸为43 x 27 x 150 毫米 (1.69 x 1.06 x 5.9英寸),其微型立体平版印刷系统可打印30个微米厚度层,分辨率为585-dpi,因此打印出的原型细节精致,惟妙惟肖,与CAD模型完全一致。


 
 
高枕无忧进行原型制作
        弗莱尼克说:“我们选择ProJet®  1200打印机,是因为它分辨率高,材料选择性多,且价格合理。打印出的微小微流体通道,细部处理要精致完美。ProJet® 1200打印机可打印VisiJet® FTX Clear材料,这种材料具有透光性,这一点恰恰是我们的微流体通道所需要的。”
 
       对弗莱尼克而言,方便性、清洁度以及可靠性是3D打印机的3个重要属性特征。
 
       她说:“我喜欢将材料盒装进打印机这种方式。这样做使打印变得更加简单且更加清洁。其他3D打印机使用的不是材料盒而是泵,这样会使打印现场变得凌乱不堪,且打印机极易出现故障。用ProJet® 1200打印机,我们只需专注芯片的打印过程,而不必担心打印机会坏掉或者打印后进行清理。”
 
在世界范围内广泛应用
        目前,人们正利用来自堪萨斯大学医学中心生物样本库的血液样本对POC原型进行测试。试验结果将用来对该装置进行进一步优化,使其能够诊断出不同程度的贫血症。堪萨斯州立大学研究基地将对发明公开进行整理归档。堪萨斯州立大学研究基地是一家非营利性公司,主要从事技术转让管理。
 
        何博士和弗莱尼克正与堪萨斯州的一个同事共同研制一款贫血症POC芯片的配套程序,该程序用以管理血液样本数据并将测试结果发送给医学人员。
 
        何博士认为堪萨斯州贫血症检测装置会在世界范围内得到广泛应用。
 
       “该装置提供了一项非常适合于低收入国家的诊断策略,能够提高这些地区的医疗质量。”

 


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