Mit dem Aufschwung des 3D-Drucks in den letzten Jahren haben kreative Forscher immer mehr Möglichkeiten gefunden, die Technologie anzuwenden, um lebensverändernde Geräte und wegweisende Geräte zu entwickeln - von Drucken von Elektronik direkt auf die menschliche Haut „intelligente“ Sensoren zu entwickeln, die sein können eingebettet in Düsentriebwerke und Erstellen kostengünstige bionische Gliedmaßen für Kinder ohne Arme geboren.

Nun wird die Herstellerlabor Die Cline Library der Northern Arizona University hat sich mit Tereza DeMuth zusammengetan, einer Tierärztin des nahe gelegenen Canyon Pet Hospital Implantate für beschädigte Schildkrötenpanzer.

Das NAU-Team - David Van NessDie Kunstprofessorin und Leiterin des New Media Art Program der NAU, Kathleen Schmand, Leiterin für Entwicklung und Kommunikation der Cline Library, und Andrew See, Leiter der Benutzerdienste der Bibliothek, konnten Prothesen für zwei Schildkröten herstellen deren Muscheln schwer beschädigt worden waren, damit sie überleben konnten.

Daisy, eine 75-Pfund-Schildkröte, wurde bei einem Autounfall verletzt, der zwei Löcher in ihrer Schale hinterließ und sie Infektionen und möglichen Schäden an der Wirbelsäule aussetzte.

Tim, eine 1.5-Pfund-Mojave-Wüstenschildkröte, war von einem Hund gebissen worden. Der Vorfall beschädigte seine Muschel und ließ seine Leber gefährlich exponiert.

"Beide Schildkröten hatten ein hohes Infektions- und Sepsisrisiko und mussten deshalb etwa zwei Monate lang alle drei Tage einen Verbandwechsel ertragen, bevor die Wunden sauber und gesund genug waren, um mit Implantaten bedeckt zu werden", hieß es in einer Erklärung von DeMuth.

Die Verletzungen jeder Schildkröte stellten eine einzigartige Herausforderung für das Team dar, als es die Prothetik modellierte.

Für Daisy verfügte das NAU-Team über die Originalteile ihrer Muschel, die sich nach dem Unfall gelöst hatten, sodass sie diese Teile entnehmen und eine Prothese direkt scannen und modellieren konnten.

Nachdem Van Ness Laserscans der zerbrochenen Muschelteile ausgeführt hatte, wurden die Entwürfe mit einem Programm namens ZBrush optimiert. Es dauerte ein paar Versuche und ein paar verschiedene Scans, um eine Prothese zu erstellen, die gut passt.

Nach dem ersten Druck erfuhren sie, dass ihnen ein Stück fehlte, und mussten es erneut scannen und erneut drucken.

"Es ist wirklich dieser Prozess des Prototyping - das auszudrucken, was Ihrer Meinung nach funktionieren wird, und es dann tatsächlich mit der Realität zu messen und anzupassen", sagte Schmand in einer Erklärung.

Tims Verletzung war mit einer Reihe weiterer Herausforderungen verbunden. Da sie kein zerbrochenes Stück zum Scannen hatten, musste Van Ness ein Design frei formen. Darüber hinaus bot der strukturierte Lichtscanner der Bibliothek keine ausreichend hohe Auflösung, was es schwierig machte, die genaue Form und die Abmessungen zu bestimmen, die erforderlich wären.

Van Ness überlegte, ob er eine Prothese aus Knetmasse auf Ölbasis auf seine Schale modellieren und diese dann als Modell für den 3D-Drucker verwenden sollte. Glücklicherweise heilte Tims Schale schnell, so dass er nur eine provisorische Prothese benötigte - "ein bisschen Rüstung, die für einen kürzeren Zeitraum angelegt werden kann", wie Schmand in einer Erklärung beschrieb.

"Das Schwierigste war, das richtige Material für den Druck zu finden", sagte DeMuth. „Zum Sterilisieren musste es biofreundlich, kostengünstig, sicher und langlebig sein, und es musste flexibel sein, damit es mit der alternden Schildkröte mitwächst, oder es musste jedes Jahr leicht zu ersetzen sein.“

"Wir wollten ein biologisch abbaubares Material namens Chitosan verwenden", fügte Van Ness hinzu. „Es ist eine Art Plastik aus Shrimps und Grillen, ähnlich wie Fingernägel und Schildkrötenpanzer. Aber wir hätten eine Weile gebraucht, um die Ausrüstung zu besorgen. “

Sie entschieden sich für die Verwendung von Polymilchsäure (PLA), einem biologisch abbaubaren und umweltfreundlichen Kunststoff. PLA, das üblicherweise für den 3D-Druck verwendet wird, war die einfache Wahl, da es das Material war, das bereits in allen Druckern der Bibliothek verwendet wurde.

Der gesamte Prozess kostete nur 20 US-Dollar, weit entfernt von den Hunderten von US-Dollar, die die prothetische Reparatur von Schildkrötenpanzern normalerweise kostet.

Die Prothesen müssen von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden, da sie nicht mit den Schildkröten mitwachsen. Bei so geringen Kosten ist dies jedoch nur eine kleine Unannehmlichkeit.

Das Projekt zeigt das grenzenlose Potenzial des 3D-Drucks, insbesondere im medizinischen Bereich.

Laut DeMuth könnten Tierärzte mit dieser Technologie alles von der Prothese über chirurgische Implantate bis hin zu medizinischen Geräten herstellen.

„Anders als in der Humanmedizin gibt es bei unseren Tierpatienten sehr unterschiedliche Formen und Größen. Die Möglichkeit, Materialien zu erstellen, die auf jedes einzelne Individuum zugeschnitten sind, macht dies zu einer sehr aufregenden Zeit in der Tierarztpraxis“, sagte sie in einer Erklärung .

Zu Van Ness gab er an, zuvor mit einem Unternehmen zusammengearbeitet zu haben, das 3D-Drucker für medizinische Zwecke einsetzte.

"Sie haben Knochen mit Titan bedruckt, und diese Drucke kosten Tausende von Dollar", sagte er. „Ich habe mit einem Paar Zwillingen gearbeitet, die mit Druckknochen verbunden waren, die sie während und nach der Trennung brauchten. Wir hatten auch einen Irakkriegstierarzt, dessen Kiefer wir wieder aufgebaut haben. Wir haben eine Gitterstruktur gedruckt, bei der der Knochen nachwächst, in dieses Gitter hineinwächst und sich am Metall festsetzt und das Metall langsam zerbricht. “

Darüber hinaus, so Van Ness, verwischt die Entwicklung dieser Technologien die Grenzen von Kunst und Wissenschaft.

"Für mich sind die Künste nur angewandte Wissenschaften", sagte er. „Wir machen Experimente, das ist unser Kunstwerk. Wir haben Labore, die unsere Studios sind. Ein Teil von mir versucht immer, das System ein bisschen zu stören. Hier kommt die Innovation. “

"Ich arbeite derzeit mit biologischen 3D-Druckern", fuhr er fort. „Ich plane den Druck von biosensitivem Material und verwende Zellproben, um meine eigenen Zellen auf meiner Skulptur zu züchten. Ich werde eine Struktur drucken, die biologisch unterstützend ist, einen Wangenabstrich nehmen und eine Kultur darauf anbauen. “

Ob es sich um Hilfe für Irak-Kriegsveteranen oder für verletzte Schildkröten handelt, die Technologie verändert das Leben. Daisys Prothesenimplantate schützen sie für den Rest ihres Lebens vor Infektionen und ermöglichen ihr, wie vor dem Unfall auf dem Hof ​​herumzulaufen. In der Zwischenzeit wird Tim nur so lange gewirkt, bis die Heilung seiner Muschel abgeschlossen ist.