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3D打印人造耳朵可以“听见”声音! [复制链接]

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近年来,3D打印技术可以说给制造业带来了一场革命,大到房屋、汽车、雕塑,小到日常用品、玩具、食物,无奇不有,使用的材料和应用的范围也越来越广。尤其是“3D生物打印机”在医学上的应用更是让人充满了惊喜。








2013年,美国康奈尔大学和威尔·康奈尔医学院的研究人员合作,利用三维(3D)打印技术和含有牛耳活细胞的凝胶造出一种新型人工耳,可作为整形外科手术的一种方案,帮助天生小耳畸形患儿和那些因其他原因失去部分或全部耳廓的人。(相关论文在线发表于2013年2月20日出版的《公共科学图书馆·综合》上)。


目前医学界使用的人工耳主要材料是泡沫聚苯乙烯或患者自身的肋骨组织,前者质感与真耳相差很大,后者不仅难度大,还给病人带来很大痛苦,因此很难制成既美观又实用的人造耳。康奈尔大学研究的人造耳则不仅外观与质感都十分逼真,而且可以像自然耳那样发挥作用。另外,用人体细胞尤其是病人的自体细胞还会减少排斥可能。


如果所有的安全性和疗效测试都解决的话,那么就可能在3年内开展首次人体移植临床试验。





另一篇发表在《纳米通讯》(Nano Letters)的论文中,普林斯顿大学的科学家们宣布他们也用3D打印机成功地制造了仿生耳,更牛的是,通过将电子元件和生物材料融合在一起,仿生耳比真耳朵听见的声音范围更广。


科学家们从网上买来旧打印机,经过改造,使它能打印出细胞和纳米微粒,将小腿细胞培养成软骨组织,然后在其中嵌入用银纳米粒子制造的电子线圈造出了这个电子仿生耳。


但是,要将这只仿生耳移植给病人还需要很长的一段路。论文作者之一,约翰霍普金斯大学工程师大卫•格拉夏斯(David Gracias)解释道:“生物组织柔软、湿润,主要由水和有机分子组成,而常见的电子器件很硬、没有水分,主要有金属、半导体或无机电解质组成,这两者的物理和化学特征区别的都非常大。”

我国的科学家也成功研制了3D生物打印机,2013年8月7日,杭州电子科技大学等高校的科学家自主研发出一台生物材料3D打印机。科学家们使用生物医用高分子材料、无机材料、水凝胶材料或活细胞,已在这台打印机上成功打印出较小比例的人类耳朵软骨组织、肝脏单元等,目前打印出来的细胞有90%的存活率,存活时间最长为4个月。

除了3D打印耳廓给天生小耳症患者带来福音,3D打印技术还可用于打印人工听骨,治疗传导性耳聋。


我国海军总医院赵丹珩、孙建军发表在《中华耳鼻咽喉头颈外科杂志》的论文指出,目前临床广泛应用于听骨链成形的有钛合金听骨、HA 听骨等,由于听骨结构精细、病变类型复杂以及个体外形差异等原因,术中只能选择长度、角度、外形与其接近的人工假体加以塑形、雕刻后植入,不仅增加手术时间与操作难度,而且影响听骨链的传声效率。借助高分辨率的CT扫描技术,和3D打印技术,明确患者的听骨链缺损情况,设计好重建听骨链的人工听骨的三维影像,输入 3D 打印机,有可能制备出高度个性化的多孔钛合金植入听骨。术中无需雕刻、截短、扭曲,实现理论上最佳的听骨链重建,且术后自体纤维结缔组织甚至骨组织会沿着植入体的孔隙生长,使其结合更加紧密,降低重建后脱位的风险,具有广阔的应用前景。

尽管,从人体细胞、组织乃至器官被“打印”出来到真正应用于临床,还有相当长一段路需要走,目前的耳科医学界已经在享受3D打印技术带来的福利:
一、医学教育与解剖训练:熟练掌握颞骨解剖是耳科医生的必备技能,然而颞骨是人体内最为复杂的骨骼系统,而且个体差异很大,传统二维图像示教具有相当的局限性,而解剖材料(尸头)的极度匮乏,使得实体颞骨解剖的训练难以推广。3D 打印技术问世后,科学家们制作了高保真且成本低廉的颞骨、中耳、听小骨结构模型,得到业内的广泛认可并应用于教学或解剖训练,解决了制约耳科医师技能发展的瓶颈问题。


二、3D 手术演练,术前“带妆彩排”:外科医师可以在手术前通过3D打印技术制作病变部位的同比例模型,进行操作训练,可缩短手术时间,发现术中可能发生的问题并预测手术结局,避免潜在风险,确实提高手术质量和安全性。
如芬兰奥卢大学耳鼻咽喉科医生在一例复杂电子耳蜗植入术前,提取患者颞骨高分辨 CT 数据,利用 SLA 技术复制出其颞骨模型,精确显示了面神经管、椭圆窗、圆窗等结构,进行了术前模拟,降低了手术风险除此以外,手术建模还有助于医生向患者及家属进行必要的术前沟通。


三、3D打印耳道式助听器:全球用 3D 打印的耳道式助听器的使用者已超过千万,其舒适度远超传统方法制作耳模,但制作成本却大大降低。

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