بسپار/ایران پلیمر چاپ سهبعدی (3D Printing) که از نظر فنی ساخت برهمافزا (Additive Manufacturing) نامیده میشود، آنقدرها هم که تصور میشود فناوریِ جدیدی نیست.
آغاز آن به دههی ۱۹۸۰ بازمیگردد، اما در سالهای اخیر به روشی محبوب در میان بسیاری از حوزهها از جمله هوافضا، خودروسازی، معماری، آموزش، جواهرسازی و هنر تبدیل شده شده است. در زمینهی پزشکی، بهداشت و درمان، این فناوری بهطرز چشمگیری برای تولید برسازهها (Prosthesis)، وسایل و تجهیزات پزشکی و حتی اندامهای جایگزین مورد استفاده قرار گرفته است. هرچند شرکت Xometry تاکنون اندامی را به صورت در لحظه (On-Demand) چاپ نکرده، اما با این حال در این حوزه کاربردهای فراوان دیگری وجود دارد که به همراه مشتریان خود در حوزههای پزشکی و مراقبتهای بهداشتی روی آنها کار کرده است.
پزشکی و بهداشت و درمان
ابتدا به اختصار توضیح دهیم منظور ما از پزشکی، بهداشت و درمان چیست. این دو اصطلاح، مفاهیم جامعی هستند که به تمامی اقدامات و روشهای مرتبط با پیشگیری، تشخیص، درمان، تسکین و بهبود بیماریها، صدمات و سایر مشکلات پزشکی (اعم از جسمی و روانی) اشاره دارند.
• پزشکی: به جنبههایی گفته میشود که پزشکان و متخصصان سلامت مستقیما با آن سروکار دارند؛ مانند تجویز دارو، درمان بیماران، انجام جراحیها و عرضهی خدمات روانپزشکی.
• بهداشت و درمان: اصطلاحی گستردهتر است که علاوه بر پزشکی، شامل خدمات پشتیبانی مانند داروسازها، درمانگران و حتی طراحان و سازندگان تجهیزات پزشکی نیز میشود.
چاپ سهبعدی در بهداشت و درمان
در روشهای سنتی تولید تجهیزات پزشکی، معمولا نیروی کار زیادی برای ساخت قطعات نیاز است. در این روش، مواد اولیه خام با فرایندهایی نظیر سنگزنی، تراشکاری و ماشینکاری، بخشهایی از ماده را حذف میکنند تا در نهایت محصول نهایی شکل گیرد. چاپ سهبعدی انجام این فرایند را سادهتر، کمزحمتتر و در برخی موارد سریعتر و مقرونبهصرفهتر کرده است.
در چاپ سهبعدی، دیگر خبری از تراشیدن یک بلوک بزرگ مواد نیست، بلکه محصول لایه به لایه با استفاده از رشتههای چاپ (Filaments)، رزینها یا پودرهای ذوبشده ساخته میشود. طرحهای محصول معمولا با نرمافزارهای طراحی رایانهای (Computer Aided Design) ایجاد میشوند، اما میتوان مدلهای سهبعدی را از طریق پویشگریها (Scanner) انجامشده توسط دستگاههای تصویربرداری پزشکی مانند MRI نیز به دست آورد. در حوزهی بهداشت و درمان، هم تولیدکنندگان بزرگ چاپ سهبعدی نظیر Xometry و هم مراکز چاپ سهبعدی در محل عرضهی خدمات (Point-of-Care) فعال هستند.
تاریخچهی مختصری از چاپ سهبعدی در بهداشت و درمان
با اینکه هنوز عمر این روش به ۱۵۰ سال نمیرسد، اولین نشانهها از حرکت بشر در مسیر چاپ سهبعدی به سال ۱۸۶۰ برمیگردد. درست زمانی که François Willème، هنرمند فرانسوی، روش پیکرتراشی با عکس (Photo Sculpting) را ابداع کرد. این روش شامل گرفتن تصویر (در آن زمان بیشتر طراحی یا نقاشی) از یک شیء از زوایای مختلف و سپس استفاده از آن تصاویر برای ساخت یک مدل سهبعدی بود.
حدود یک قرن بعد، در سال ۱۹۸۵، Chuck Hall آمریکایی اهل کلرادو، نخستین فرایند تصویربرداری جامد را که با نام استریولیتوگرافی (Stereolithography) نیز شناخته میشود، اختراع کرد. این اختراع نخستین گام در جهت ساخت چاپگرهای سهبعدی بهشمار میرفت. صنعت بهداشت و درمان از سال ۲۰۰۰ شروع به بهرهگیری از چاپ سهبعدی کرد و یک سال پس از آن، نخستین داربستهای مصنوعی (Synthetic Scaffolds) برای بافت مثانه چاپ شدند. در سال ۲۰۰۸ نیز برای اولین بار، یک پای برسازهای به روش چاپ سهبعدی تولید شد.
از آن زمان تاکنون، پیشرفتهای چشمگیری در زمینهی چاپ سهبعدی در پزشکی، بهداشت و درمان رخ داده است. در سال ۲۰۰۹، با استفاده از روش زیستچاپ (Bioprinting)، که ترکیبی از یاختههای زنده و مواد زیستی را برای ساخت زیستسازهها بهکار میگیرد، رگها بهصورت سهبعدی تولید شدند. سپس در سال ۲۰۱۴، نخستین بافت کبد انسان که با فناوری چاپ سهبعدی ساخته شده بود، به بازار عرضه شد. در سال ۲۰۱۹، دانشمندان اقدام به زیستچاپ قلبها و کیسههای ریوی کردند. یک سال بعد، شرکت بریتانیایی زیستفناوری FABRX، دستگاه تولید داروهای شخصیسازیشده به نام M3DIMAKERTM را معرفی کرد. از آن زمان به بعد، این حوزه پیوسته پیشرفت کرده و در حال حاضر چاپ سهبعدی به پدیدهای رایج در پزشکی و بهداشت و درمان تبدیل شده است.
کاربردهای چاپ سهبعدی در پزشکی و بهداشت و درمان
یکی از مهمترین دلایل پذیرش گستردهی چاپ سهبعدی در صنایع پزشکی و بهداشت و درمان، امکان شخصیسازی و تولید محصولات مختص هر بیمار است. از جمله این کاربردها میتوان به کاشتینه (Implants) ستون فقرات، اندامهای مصنوعی، اجزاء کاشتینهها، روکشها و پلهای دندانی و سایر وسایل ارتودنسی، فرمولبندی و ابزارهای دارورسانی (نظیر استنشاقیها، چسبها و کاشتینهها)، سمعکها و مدلهای کالبدشناختی دقیق (بر پایه دادههای حقیقی بیمار) اشاره کرد.
اما این پایان ماجرا نیست! چاپ سهبعدی در ساخت ابزارهای جراحی تخصصی و متناسب با نیاز بیمار، برای جراحیهای ویژه و حتی بازسازیهای ناحیهی صورت نیز مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین، امکان اعمال سریع و دقیق اصلاحات در طرحها بر اساس بازخورد جراحان وجود دارد. کاشتینههای چاپ شده از طریق فرایندهای گوناگون چاپ سهبعدی و با استفاده از مواد مختلف تولید میشوند که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت. در اینجا ابتدا برخی از این کاربردها را عمیقتر بررسی میکنیم.
کاشتینهها
توانایی طراحی و تولید سریع و دقیق کاشتینههای شخصیسازیشده برای بیماران از جمله کاشتینههای دندانی، ستون فقراتی و مفصل ران تحول بزرگی در پزشکی ایجاد کرده است. این قطعات اختصاصی میتوانند زمان جراحی، عوارض احتمالی، نیاز به اصلاح دستی کاشتینهها و تعداد عملهای تهاجمی پیوند استخوان را کاهش دهند. تمام این عوامل در نهایت به تسریع روند بهبودی بیمار و افزایش احتمال موفقیت منجر میشود.
برسازه (prosthetics)
توانایی شخصیسازی برسازههای چاپ شده بیشک یکی از چشمگیرترین کاربردهای این روش در حوزه بهداشت و درمان است و برای افراد قطع عضو حیاتی محسوب میشود. این برسازهها شامل دست و پا، با بدن بیمار کاملا مطابقت داشته و راحتی و کارایی بالایی فراهم میکنند.
برسازههای سنتی و قطعات آنها معمولا بسیار پرهزینهاند (از ۱۵۰۰ تا ۸۰۰۰ دلار متغیر است) و نیازمند تنظیمات دورهای هستند و تا حدی ممکن است تهاجمی باشند. ضمن اینکه مدت زمان سفارش تا ساخت آنها هم طولانی است. در مقابل، برسازههای چاپ شده اغلب مقرونبهصرفهتر هستند، زمان ساخت کوتاهتری دارند (گاهی ظرف یک روز آماده میشوند) و به دلیل همخوانی دقیق با بدن بیمار، نیاز به تنظیمات کمتر و سادهتری دارند. این موضوع برای کودکان که به سرعت رشد کرده و نیاز به تعویض برسازه دارند بسیار مفید است. همچنین فرایند انتخاب رنگ، طرح و سبک برسازه، بهخصوص برای کودکان و همینطور بزرگسالان، تجربهی خوشایندتری فراهم میکند.
برگردان: مهندس عمادالدین درانی
emaddoddindorrani@gmail.com
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 274 ماهنامه بسپار که در نیمه مرداد ماه 1404 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
