オープンソース3D印刷:科学的および医学的解決策の探求

3Dプリントは新しい話題ではありません。 80年代初頭に始まったのは、現在非常に人気のある業界です。 しかし、オープンソース3Dプリンティングは独自のデザインとどう違うのでしょうか。 これは科学や医学におけるその応用にどのように影響しますか? 読みましょう。

3Dプリントとは何ですか?

従来のコンピュータプリンタが紙の上に2Dで印刷するために使用されるのと同様に、3Dプリンタの仕事は、もちろんコンピュータの助けを借りて、デジタル3Dファイルから固化された実際の3次元オブジェクトを作成することである。 彼らはほとんどの方法で層ごとに材料を追加することによって異なるプロセスを使用しています。

材料は、インクジェット2Dプリンタがインクカートリッジを必要とするのと全く同様に、3Dプリンタのための入力材料として役立つように一緒に融合されることを意味する液体または粉末形態であり得る。 作成されるオブジェクトは、ほとんどすべての幾何学的形状にすることができます。

3Dプリンティングのより工業的な用語はアディティブマニュファクチャリングです。

3Dプリントはなぜそれほど便利なのですか?

3Dプリンティングには、それがとても人気があるために無限のアプリケーションがあります。 私たちの主な焦点は応用科学と医療アプリケーションになるでしょうが、これらのアプリケーションのいくつかを簡単に見てみましょう。

ラピッドプロトタイピング

3Dプリンティングでは、ラピッドプロトタイピングは、3D CADの助けを借りて、より大きなデバイスのより小さな部品を迅速に製造して生産性を高めることができるプロセスです。 これは、業界標準に対するプロトタイプの有用性、つまりその用語をテストするための素晴らしい方法です。

車両

航空、自動車、航空宇宙、造船などのさまざまな3D印刷製造プロセスがあります。

3.環境

3Dプリントされたサンゴ礁構造は現在、死にかけているサンゴ礁を救うために開発されています。

4.建設

建物全体の一部を3Dプリンティングで作成できるようになりました。これらは後でさまざまな建築を構築するために組み立て直すことができます。 あなたは今、1日未満であなたの家を3Dプリントすることができます!

歯学

歯でも3Dプリントできることをご存知ですか? 歯を交換または修復するためにどれだけ正確に設計できるかを考えてください。

6.ガジェットとツール

あなたも個人的な使用のためにあなた自身のカスタマイズされた小道具と道具を3D印刷することができます!

7.臓器

はい、その通りです、3Dプリンティングリサーチは非常に進歩しているので、肝臓、腎臓、心臓、肺、その他の重大な臓器が損傷を受けた患者の移植に備えて、人間の臓器を再作成することも可能です。 "修復"。

さまざまなアプリケーションをいくつか見てきたので、次の2つのアプローチのどちらがより適しているかを考えてみましょう。

プロプライエタリ(クローズドソース)3D印刷

独自の3Dプリンティングは、その語句が示すように、コミュニティ全体の開発のためにソースコードへのアクセスを可能にしない独自のソフトウェアを使用します。 もしあなたがプロプライエタリな3Dプリンターを所有しているならば、ハードウェア上で行われたどんな変更もあなたの保証を無効にします。 特定の要件に合わせてプリンタをカスタマイズするためにプリンタの動作方法を変更する必要がある場合は、そのような問題がいくつかあります。

上記のセクションで説明した3D印刷アプリケーションのいずれかについてそのような規則に従うと、実際のプロジェクトの目的に焦点を合わせることが本当に難しくなります。

プロプライエタリな3Dプリンティングは、お金だけでなく、時間を考慮すると非常に高価になる可能性があります。これは、3Dプリンティングプロジェクトで作業する際に考慮することも非常に有益です。

オープンソース3D印刷

Open Source 3D Printingは、私たちが専有セクションで議論したばかりのすべての問題を排除します。 それはコストを削減するだけでなく、それは3D製造中に直面する問題を解決するためのより簡単な革新を可能にします。

オンラインでの単純な検索で明らかなように、「Open Source 3D Printing」というフレーズも人気を集めているようです。

ユーザーが完全にオープンソースに移行することが可能になり、製造時間と製造コストを大幅に削減することが可能になりました。

オープンソース3Dプリントで達成された応用科学および医療ソリューションの例

私たちはこれらの多くのアプリケーションのどれが私たちの生活と地球の質を根本的に高め、維持するために最も重要であるかについて考えました、そしてそれ故にそれをするために科学と医療ソリューションを特に探求することに決めました。

この最後の最も重要なセクションでは、先ほど説明した関連アプリケーションを選択し、オープンソースアプローチが最も必要と思われる例を詳しく調べてみましょう。

1.サンゴ礁を救う

リーフデザイン研究所が開発した3Dプリントサンゴ礁

サンゴ礁は私たちの惑星の生物多様性にとって非常に重要な部分であり、彼らは死につつあります。

3Dプリントされたサンゴ礁は、現在それらを復元するのを助けるための非常に有望なイニシアチブです。 リーフデザインラボは最近サンゴ礁の生活を支援することを可能にしました。 プロジェクトに参加する3Dモデルの設計はオープンソースになり、同じプロジェクトに貢献したい研究者が積極的に参加できるようになります。

歯の交換

3Dプリント歯? はい、それは今日の確かな可能性です! デザインにも面白い改善があります:これらの歯は本質的に抗菌性である材料で設計されています! これはあなたが噛む食物と接触したときに虫歯の原因となるバクテリアを殺すことを可能にします!

バイオプリンティング

3Dバイオプリンターは、3Dプリントバイオエンジニアリングティッシュの素材として「バイオインク」を使用する必要があるデバイスです。

次の短いビデオでは、人間の耳をバイオプリンティングするプロセスについて説明しています。 プラスチックやゴムではなく生体組織として生体組織を使用していることに注意してください。

オープンバイオプリンティングイニシアチブ

ティッシュエンジニアリングは3Dプリンティング技術によって大きく動かされていることを学んだので、すべての患者が異なることも考慮する必要があります。したがって、ティッシュおよび臓器生成用にカスタマイズされた製造を可能にするオープンプラットフォームが必要です。

そのようにカスタマイズされた自然に多様なバイオマテリアルの印刷を可能にするオープンシステムは、ティッシュエンジニアリングの研究を行うことをはるかに容易にするでしょう。

Open Bioprinting Initiativeは、この同じ主な目的に取り組むためのステップでした。 関連論文はオープンアクセスではありません。 しかし、教育目的のために、それは彼らのGitHubレポジトリ、 Papersで利用可能にされました。

この論文は、オープンソースのマルチチャンネル3Dバイオプリンティングシステムがハードウェアとソフトウェアの両面でどのように重要であるかを示しています。 このシステムは3Dバイオプリンティングに最適な条件を見つけるためにオープンソースアプローチと設計され統合されているため、費用対効果についても言及しています。

完全に機能的なバイオプリンテッドハートの探求!

私たちは皆、心が私たちの健康にとってどれほど重要かを知っています。 Biolife4Dという名前の医療技術会社が最近、3D Bioprint Human Heart Tissueの機能を実証しました。 これは素晴らしい成果です。

それらは生物学的構造をバイオプリントするために生細胞を使用する。 患者自身の白血球は、多能性幹細胞と心臓細胞を作り出すようにプログラムし直されました。プロセスは心臓パッチの形で完全に生成されるまで数日かかりました。

現在、彼らの研究は心臓弁や心臓の血管のような個々の部品の開発を含んでいます。 現時点での彼らの最終的な目的は、完全に機能的なバイオプリンテッドハートを作り出すことです。

私たちは彼らのオープンソースリポジトリをオンラインで調べましたが、見つけることができませんでした。 より多くの学者や研究者が共同で完全に機能的な3D Bioprinted Heartの開発に貢献できるように、彼らが将来彼らの研究の一部をオープンソースにすることを願っています。 そのような行動はまたOpen Bioprintingのようなイニシアチブに大いに力を与えるでしょう。

臓器移植のための応用ナノテクノロジー

「ラピッドプロトタイピング技術の進歩により、組織工学の分野は着実に進歩しています。 焦点が増えても、血管新生した骨、軟骨および骨軟骨界面の複雑な組織再生の成功は、大部分が幻想的なままである。 このレビューは現在の三次元印刷技術と骨、軟骨と骨軟骨再生への応用を調べます。 ナノ材料の統合の重要性とその利点は、最近発表された例でも強調されています。 関連分野における将来の研究の展望と共に、最近の研究の初期段階の成功と課題が議論されている。

Nowicki、M.、Castro、NJ、Rao、R.、Plesniak、M.、&Zhang、LG(2017)。 筋骨格再生のための三次元印刷とナノテクノロジーの統合 Nanotechnology、 28 (38)、382001。doi:10.1088 / 1361-6528 / aa8351

前回のOpen Scienceの記事では、この記事の概要を述べながら、ナノテクとオープンソースのトピックについて詳しく説明しました。 ナノテクノロジーと3Dプリンティングは強い相関関係を共有しています。

プリンタを介して3Dオブジェクトを作成するために使用される素材について説明しました。 これらの材料はまた、ナノスケールで設計することができる。

材料はボトムアップのナノスケールから設計されているため、3つの非常に必要な精度レベル、すなわちナノ - ミクロ - マクロを可能にし、最小の重量で最大強度のような特性を保持することが可能になりました。 これは、そのような3Dプリントオブジェクトの弾力性、強度または硬さを高い精度で調整できることを意味します。

そのような非常に高い精度は、3D Printed Human Organsの開発において最も重要なものです。これにより、実際には無数の命を救うことが可能になります。 ティッシュエンジニアリングは大幅に強化され、3Dプリントされた骨、軟骨、骨軟骨組織の効果的な製造を促進します。

他の重要な臓器がさらに重要であることをすでに見てきたので、それだけではありません。

創薬

「現在の成果には、加速放出特性を備えた多機能ドラッグデリバリーシステム、調整可能で個別化された剤形、特定の患者の解剖学的構造に対応するインプラントおよびファントム、ならびに再生医療用の細胞系材料が含まれます。」

Jamróz、W.、Szafraniec、J。、Kurek、M。&Jachowicz、R。(2018)。 医薬品および医療用途における3Dプリンティング - 最近の成果と挑戦 Pharmaceutical Research、 35 (9)。 土井:10.1007 / s11095-018-2454-x

私たちは以前、なぜOpen Source Pharmaが「Linux for Drugs」であると言われるのかについて議論しました。 3Dプリンティングは、その柔軟性を高め、時間を節約し、製造する医薬品を極めて正確にできるため、その取り組みを強化します。 そのような創薬方法は、正しい投与量で原薬を配合するために3DプリンティングのレイヤごとのCADの基本的な方法を利用する。

FDAは数年前に最初の3Dプリント薬を承認しました。 3Dプリント医薬品開発は、製薬部門における従来の製造技術の課題を解決します。 より大きな利点は、このOpen Accesの論文に詳細に記載されているように、薬物負荷、薬物放出、薬物安定性および医薬剤形安定性に関して質の高い薬物を作成するそのはるかに優れた能力にある。

概要

そのため、3D印刷に関するこの広範な記事では、まず概念を紹介した後、さまざまなアプリケーション例でその重要性を理解しました。

さらに先を見越して、私たちはプロプライエタリとオープンソースの3Dプリンティングモデルを区別して、後者の利点を理解しました。

最後に、サンゴ礁の保存、抗菌機能を備えた歯の交換、オープンソースバイオプリンティングを中心としたバイオプリンティング、および臓器移植のための応用ナノテクノロジーの取り組みを検討することで、オープンソースバイオプリンティングの科学および医療ソリューションに焦点を当てました。 最後のサブセクションでは、創薬における3Dプリンティングの役割についても強調しました。

これらは3Dプリンティングの多くのアプリケーションのほんの一部です。 私達は私達の惑星へのより良い適用性を促進するであろうオープンソースのビジネスモデルに向かって専売メーカーが移行する必要があると信じています。

あなたの意見は? Open Bioprintingや他の3Dプリンティングアプリケーションにもっと努力が必要だと思いますか? 3Dプリントに関わったことはありますか? 以下のコメントで私達とあなたの考えを共有してください。

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