Більшість 3D-принтерів нудні та повільні. Вони нашаровують пластик шар за шаром. Чекаємо. Ще трохи зачекаємо. Це схоже на те, ніби ви дивилися, як сохне фарба, але в прискореній перемотці.
Але що, якби можна було надрукувати людське вухо за кілька хвилин? І не просто макет, а “живе” вухо. М’яке. Життєздатне. Готове до трансплантації?
Дослідники із Швейцарської вищої технічної школи Цюріха (EPFL) не просто ставлять це питання. Вони вже дають йому відповідь. Їх новий метод у 70 разів ефективніший за попередні технології.
Досить нашаровувати — починайте обертати
Це не звичайний 3D-друк. Це TVAM (томографічне об’ємне адитивне виробництво). Уявіть, що скан КТ працює у зворотному напрямку.
Лазерний промінь проникає в ампулу, що обертається, з в’язкою рідиною. Матеріал твердне тільки в тих місцях, де вплив світла максимально інтенсивний. Структура формується миттєво, цілком. Жодних шарів. Жодного очікування. Готовий об’єкт як би матеріалізується зі смоли, наче фокус.
Раніше стояла проблема втрат енергії та низької ефективності. Команда EPFL вирішила це завдання, змінивши підхід до управління світлом.
«Ми контролюємо фазу світла, а чи не його яскравість».
Це, здавалося б, незначне коригування дозволило заощадити колосальну кількість лазерної енергії.
Швидше. Більше. Живіше.
Новий пристрій керує фазами лазера безпосередньо всередині принтера. Це перший апарат такого типу. Який результат?
Об’єкти міліметрового розміру друкуються за секунду. Великі об’єкти (сантиметрового масштабу) потребують лише кілька хвилин. А найголовніше: клітини виживають.
В одному з експериментів вчені надрукували людське вухо в натуральну величину, використовуючи лише діодний лазер потужністю 150 мВт. Дешеве обладнання, але найвища нагорода. В іншому тесті клітини, надруковані у вигляді невеликої конструкції, залишалися живими шість днів. Вони формували сіті, демонструючи реальні біологічні функції.
Чому так важливо? Зазвичай світлорозсіювання руйнує якість 3D-друку у товстих тканинах. Ця система бореться з цим явищем за допомогою світлових пучків, що самовідновлюються. Сигнал знаходить свій шлях, а структура зберігає точність.
Проблема поверхні
Швидкість – одне, а якість – інше. Інтерференція лазерів часто залишає поверхні зернистий, нерівний слід. Шорсткість непридатна для імплантатів.
Команда вирішила цю проблему, придушивши зернистість (speckle). Нова техніка забезпечує гладке оздоблення. Марія Альварес-Кастано зазначає, що це наближає біодрук до медичного застосування. Реальні імплантати вимагають гладких країв, а не текстури наждакового паперу.
«Нарешті, стало можливим біодрукувати об’єкти у масштабі, близькому до клінічного».
Так каже Крістоф Мозер, і він знає, про що йдеться. Він очолює Лабораторію прикладних фотонних пристроїв EPFL.
Що буде далі?
Вчені не збираються зупинятися на вухах. Майбутні роботи спрямовані на смоли із високою щільністю клітин. Їх складніше друкувати та важче контролювати. Планується передбачати хімічні реакції усередині смоли як реального часу.
Можливо, друк здійснюватиметься безпосередньо на існуючих об’єктах або навколо них.
Лунають розмови навіть про повне скасування обертання. Проеціювання голограм безпосередньо, без ампули, що обертається. Це спростило б конструкцію, понизило вібрацію і знову підвищило швидкість.
Ми рухаємося до майбутнього, де ваше тіло може відновлювати себе за допомогою принтерів. Страшно? Можливо.
Але це неминуче. Устаткування дешеве. Ефективність висока. Біологія працює.
Залишилося лише дочекатися, доки смола застигне.
