48«Инновационные аспекты развития науки и техники»
Терентьева Нина Геннадьевна Терентьева Екатерина Вячеславовна Terenteva Ekaterina Vyacheslavovna Terenteva Nina Gennagievna
исследователь, аспирант researcher, postgraduate Южно-Уральский государственный университет
South Ural State University к.м.н., доцент кафедры candidate of medical sciences, associate professor of the department
Пенькова Александра Сергеевна Penkova Alexandra Sergeevna студентка student
МГТУ им. Г.И. Носова Nosov Magnitogorsk State Technical University
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ
PROSPECTS FOR THE USE OF ADDITIVE TECHNOLOGIES FOR THE RESTORATION OF PHYSIOLOGICAL FUNCTIONS
Аннотация. Развитие аддитивных технологий привело к тому, что сейчас возможно производство по технологии печати не только из пластиковых материалов, но также из металла и биоматериалов. Из-за этого продукция, созданная с применением аддитивных технологии теперь используется не только для творчества и мелкосерийного производства, но и в медицинской отрасли для восстановления физиологических функций. В данной статье проводится обзор технологий аддитивного производства из различных материалов, а также рассматриваются примеры применения данных технологий для восстановления физиологических функция. Рассматривается перспектива применения биопечати в отрасли трансплантологии, преимущества и недостатки применения аддитивных технологии для этой задачи. Также рассматриваются альтернативы 3D биопечати для созданият тканей, с перспективой их применения в восстановлении физиологических функций.
Ключевые слова. биопечать, аддитивные технологии, пластик, металл, биоматериал, здоровье, протезирование, трансплантология, восстановление.
Abstract: The development of additive technologies has led to the fact that it is now possible to produce printing technology not only from plastic materials, but also from metal and biomaterials.
УДК 612
IXМеждународная научно-практическая конференция Because of this, products created with the use of additive technologies are now used not only for creativity and small-scale production, but also in the medical industry to restore physiological functions. This article provides an overview of the technologies of additive manufacturing from various materials, and also discusses examples of the use of these technologies for the restoration of physiological functions. The perspective of applying bioprinting in the field of transplantology, the advantages and disadvantages of using additive technologies for this task are considered. Alternatives to 3D bioprinting for the creation of tissues are also considered, with the prospect of their application in the restoration of physiological functions.
Keywords: bioprinting, additive technologies, plastic, metal, biomaterial, health, prosthetics, transplantology, restoration.
По мнению аналитиков рынок аддитивных технологий будут иметь неравномерную структуру распределения. Так основные доли рынка будут принадлежать мелкосерийному производству у малых ремесленников (32%), потребительской электронике (28%), автомобилестроению (20%) и медицине (16%) [1]. Развитие аддитивных технологий привели к скачкообразному росту применения продукции этой отрасли в медицине фактически и по предполагаемым объемам в будущем по сравнению с результатами 2016 года [2].
Аддитивные технологии получили свое развитие и внимание к этой отрасли в 2014-2015 гг, которые привели к бурному развитию и популяризации ЭЭ-печати как среди простых людей, так и на предприятии. Но история этой технологии началась, согласно некоторым данным, в 1989 году. Японский ученый Хидео Кадама сделал попытку запатентовать метод быстрого создания прототипов. Денег на патент не хватило, но он в статьях описал метод и основные принципы стереолитографии [3].
Стереолитография (SLA или SL) - технология аддитивного производства моделей, прототипов и готовых изделий из жидких фотополимерных смол. Отвердевание смолы происходит за счет облучения ультрафиолетовым лазером или другим схожим источником энергии. В медицине SLA используются, в частности, для замены фрагментов скелета, регенерации костной ткани, изготовления матриц для тканевой инженерии [4-5]. Эта технология позволяет
«Инновационные аспекты развития науки и техники» восстановить двигательную функцию, изготавливая гипоаллергенный, прочный
и высокоточный фрагмент импланта для пациента.
Куда более широкое применение получили методы производства протезов и имплантов в медицине с помощью принтеров, использующих технологию спекания металлов и методы послойного наплавления. Моделирование методом послойного наплавления (экструзионный метод) используют материалы такие как полилактид (PLA), акрилонитрилбутадиенстирол (ABS) и др. Такое моделирование как правило используется для протезирования конечностей или для создания устройств восстановительной терапии [2,6].
Метод прямого лазерного спекания (или порошковый метод) позволяет создавать идеально подобранные титановые протезы суставов пациента. Основное преимущество этой технологии в том, что она может применяться для практически любого сплава металлов [6].
Самой фантастической из всех представленных сейчас аддитивных технологий является биопечать. Например, в 2016 году ученые Института регенеративной медицины при Университете Уэйк-Форест успешно распечатали человеческое ухо из биополимерных материалов (для формирования ткани) и геля на водной основе (чтобы поддерживать структуру клеток [7].
Также российские ученые из Московского научно-исследовательского онкологического института имени П.А. Герцена совместно с компанией 3D Bioprinting Solutions провели уникальный эксперимент по биопечати имплантата для замещения кожного дефекта в условиях операционной. Эта технология позволяет заполнять тканевые дефекты под неправильным углом и имеет перспективы применения в хирургических предприятиях. Но ее внедрение произойдет еще не скоро из-за высокой стоимости такой процедуры [8].
Хоть и первые успешные эксперименты были проведены еще в 2015-2016 годах, на данный момент не получила широкого распространения, в том числе из-за дорогого сырья и самого процесса производства.
Как альтернативу аддитивных технологий в трансплантологии предлагают применять выращивание органов. Но на данный момент эта технология
IXМеждународная научно-практическая конференция представлена только как пример прорывных экспериментов и не применяется
для практических процедур для восстановления физиологии [9].
Таким образом, в перспективе применение аддитивных технологий в медицине будет увеличиваться. При этом в большей части эта технология будет использоваться для протезирования конечностей человека, для восстановительной терапии, в меньшей части - для производства имплантов из металлов. Применение технологии BD-печати для трансплантации тканей и органов в ближайшие пять лет крайне маловероятно. Широкое распространение получится получить для этого подвида аддитивных технологий только если ученым получится осуществить прорыв, чтобы удешевить технологию до уровня порошковых методов для металлов.
Библиографический список:
1. Аддитивное производство / Tadviser. URL: https: //www.tadviser.ru/index.php/Статья: Аддитивное_производство_(Additive_M anufacturing) (дата обращения: 11.04.2021)
2. Н.Г. Терентьева, Е.В. Терентьева, Перспективы применения 3d печати для восстановления физиологических функций человека / Сборник статей Международной научно-практической конференции «Современные проблемы и перспективные направления инновационного развития науки»: в 4-х частях. 2016. С. 146-150.
3. Эволюция технологий аддитивного производства / Tadviser. URL: https://www.tadviser.ru/index.php/Статья:Эволюция_технологий_аддитивного_пр оизводства (дата обращения: 11.04.2021)
4. Лазерные технологии 16. Лазерная химия. Часть 2 Лазерная стереолитография / URL: https://online.mephi.ru/courses/new_technologies/ laser/data/lecture/16/p38.html (дата обращения: 11.04.2021)
5. Стереолитография (SLA) / 3D Today URL: https://3dtoday.ru/wiki/SLA _print/ (дата обращения: 11.04.2021)
«Инновационные аспекты развития науки и техники»
6. Всё о 3D-печати. Аддитивное производство. Основные понятия. / 3D
Today URL: https://3dtoday.ru/wiki/3D_print_technology/ (дата обращения: 28.05.2021)
7. Учёные распечатали на 3D-принтере человеческое ухо для трансплантации / URL: https://fishki.net/1853694-uchyonye-raspechataH-na-3d-printere-chelovecheskoe-uho-dlja-transplantacn.html (дата обращения: 28.05.2021)
8. Российские ученые провели уникальный эксперимент по биопечати кожных имплантатов / 3D Today URL: https://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/rossiyskie-uchenye-proveli-unikalnyy-eksperiment-po-biopechati-kozhnykh-implantatov (дата обращения: 28.05.2021).
9. Мозг из пробирки: как выращивают искусственные органы / Forbes URL: https://www.forbes.ru/mneniya-column/303149-mozg-iz-probirki-kak-vyrashchivayut-iskusstvennye-organy (дата обращения: 28.05.2021).
© Е.В. Терентьева, Н.Г. Терентьева, А. С. Пенькова, 2021
