科學(xué)家受蜻蜓啟發(fā)開發(fā)3D打印“尖頭關(guān)節(jié)”，用于治療手腕受傷

來源：中國(guó)3D打印網(wǎng)

德國(guó)基爾大學(xué)的研究人員開發(fā)了新穎的3D打印“尖頭關(guān)節(jié)”，為手腕受傷的患者提供了更加靈活的手臂支撐形式。尖刺關(guān)節(jié)的靈感來自于蜻蜓的自然翅微關(guān)節(jié)，它具有新穎的互鎖機(jī)制，旨在在不損害自由運(yùn)動(dòng)的情況下緩沖手腕。當(dāng)設(shè)置為最大剛度時(shí)，科學(xué)家們相信他們的設(shè)備非常適合治療日常勞損和扭傷，并防止運(yùn)動(dòng)員常見的過度伸展傷害。

概述基爾研究人員的3D打印腕關(guān)節(jié)夾板的布局

研究人員的3D打印支持物（如圖）證明能夠抵抗30公斤的重量。圖片來自T.C.生物和仿生材料雜志。

革新腕部夾板

對(duì)肌肉，骨骼或關(guān)節(jié)的傷害（也稱為肌肉骨骼損傷）既痛苦又痛苦。根據(jù)基爾（Kiel）研究人員的說法，在英國(guó)和美國(guó)進(jìn)行的全科醫(yī)生訪問中，多達(dá)15％與此類勞損，扭傷和骨折有關(guān)，其中大部分是由于劇烈的體育活動(dòng)，例如健美或舉重。

目前，肌肉骨骼損傷通常用正統(tǒng)石膏來治療，但這些石膏可能很重，限制性很大，并且對(duì)環(huán)境極為不利。在一項(xiàng)可追溯至2012年的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，僅浪費(fèi)的繃帶每年就產(chǎn)生670頓垃圾，這需要?jiǎng)?chuàng)造一種更加環(huán)保的解決方案。

盡管3D打印的可訪問性不斷提高，最近產(chǎn)生了更輕巧且可回收的腕部夾板設(shè)計(jì)，但它們通常是為提高靈活性而不是移動(dòng)性而設(shè)計(jì)的，從而限制了佩戴者的活動(dòng)。為了克服這個(gè)問題，基爾團(tuán)隊(duì)從控制蜻蜓翅膀變形的關(guān)節(jié)中汲取了靈感，開發(fā)出了更靈活的支撐，能夠更好地適應(yīng)所施加的載荷。

蜻蜓的圖像及其翼靜脈關(guān)節(jié)的特寫鏡頭

尖刺關(guān)節(jié)基于蜻蜓翅膀上的靜脈關(guān)節(jié)。圖片來自T.C.生物和仿生材料雜志。

堅(jiān)固但適應(yīng)性強(qiáng)的尖頭接頭
利用Prusa i3 MK3 3D打印機(jī)和PLA燈絲，科學(xué)家們能夠?qū)⑺麄兊膶＠�設(shè)計(jì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，從而創(chuàng)建了一個(gè)可以正常工作的腕板夾板原型。該設(shè)備本身具有一個(gè)可移動(dòng)部件，該部件具有四個(gè)相互連接的管狀元件，每個(gè)元件都包括尖峰狀的塞子，允許用戶設(shè)置所需的角度以將其鎖定到位。

在其他地方，穿孔14×3×2 cm3的腕部支撐以改善透氣性，并在側(cè)面裝有四個(gè)手柄和維可牢尼龍搭扣帶，易于安裝或拆卸。為了評(píng)估設(shè)備的承重能力，研究小組對(duì)其進(jìn)行了一系列靜態(tài)彎曲測(cè)試，事實(shí)證明該設(shè)備能夠承受高達(dá)30kg的重量。

如果由更具彈性的合金制成，研究人員聲稱它們的支撐可以承受超過450kg的壓力，鑒于目前舉重世界紀(jì)錄為477kg，這絕非易事。進(jìn)一步的測(cè)試表明，該設(shè)備的“尖峰”也可以在腕部角度最大為70-80°的情況下激活，從而證明了其在預(yù)防超伸損傷中的功效。

盡管科學(xué)家尚未對(duì)其新穎的腕骨夾板進(jìn)行臨床試驗(yàn)，但他們已經(jīng)設(shè)計(jì)出了膝蓋和肘部的變體，并考慮了他們代表“可銷售技術(shù)”的方法。該團(tuán)隊(duì)還相信，他們的“可變移動(dòng)性”概念可能非常適合機(jī)器人技術(shù)或工程應(yīng)用，將來可能會(huì)產(chǎn)生變形的承重結(jié)構(gòu)。

3D打印優(yōu)化的手臂支架
使用3D打印，可以精確調(diào)整許多臨床設(shè)備的尺寸和剛性水平，并且該技術(shù)通常用于制造定制支架。

例如，佐治亞大學(xué)的研究人員已經(jīng)使用3D打印機(jī)為美式足球運(yùn)動(dòng)員索尼·米歇爾（Sony Michel）創(chuàng)建了個(gè)性化的手臂支架。碳纖維支撐使奔跑者恢復(fù)活動(dòng)，同時(shí)保持了比賽過程中感覺到手臂下方的球的能力。

同樣，東南大學(xué)中大醫(yī)院的臨床醫(yī)生用3D打印了一種新穎的手臂支撐，使患者能夠重新使用左手。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，使用3D掃描和建模，醫(yī)生最終能夠制造出更具可定制性的支架。

意大利生物醫(yī)學(xué)初創(chuàng)公司Exos采用更具可擴(kuò)展性的方法，已開始銷售其新的“ Armor”系列可定制3D打印后牙套。模塊化支架在CES 2021上首次亮相，堅(jiān)固而透氣，可根據(jù)每個(gè)患者的需求量身定制。