Università di Wollongong: perfezionamento dell’impianto cocleare con stampa 3D
In ” Stampa 3D di elettrodi flessibili per applicazioni cliniche “, Laura Blanco Peña dell’Università di Wollongong presenta la sua tesi sui vantaggi della stampa 3D in medicina, e in particolare su dispositivi come gli impianti cocleari. Solitamente presentato sotto forma di una piccola conchiglia, l’impianto cocleare incoraggia l’udito quando viene stimolato il nervo uditivo. In questa ricerca, gli array di elettrodi stampati Peña 3D offrono una stimolazione più complessa, sperimentando sia la stampa a getto d’inchiostro che la stampa 3D di fibre coassiali conduttive rLCGO / PDMS.
Un array di elettrodi è costituito da fili di platino / iridio (90/10) in un supporto di silicio con 22 contatti di elettrodo di platino sull’estremità distale, con ciascun filo che fornisce un canale per la stimolazione all’orecchio del paziente.
“Poiché il dispositivo è impiantato nella testa del paziente, i materiali utilizzati per la sua fabbricazione devono garantire la sua sicurezza e funzionalità a lungo termine, e quindi essere biocompatibili, resistenti alle forze meccaniche e stabili nel tempo. I materiali utilizzati per la fabbricazione dell’impianto a contatto con i tessuti del paziente – silicio, Pt, titanio e ceramica – mostrano la biocompatibilità, la resistenza alla corrosione, la bassa reattività e la resistenza meccanica richieste garantendo al contempo la conducibilità e la flessibilità dell’elettrodo, “Afferma Peña nella sua ricerca.
Mentre l’argento offre la migliore conduttività in termini di metalli, pone anche gravi problemi di salute a causa della reattività e citotossicità; il platino (Pt), tuttavia, è adatto per applicazioni mediche grazie all’elevata biocompatibilità e alla buona conduttività.
“Per avanzare nella stampa a getto d’inchiostro dell’inchiostro Pt-precursore, abbiamo mirato a ottimizzare i parametri di stampa per poter stampare linee rette continue in diverse direzioni”, afferma Peña. “Prima di questo, è stata eseguita anche una valutazione dell’effetto del plasma ad aria e del rivestimento in polidopamina sulla bagnabilità del PDMS nel tempo al fine di comprendere il metodo di trattamento superficiale più adatto per la stampa.”
Sebbene il team di ricerca abbia tentato di stampare i precursori Pt tramite stampa a getto di inchiostro per una conduttività adeguata in situ , non sono stati in grado di creare i modelli conduttivi desiderati. Hanno incontrato sfide significative a causa della mancanza di conduttività e, sebbene l’approccio abbia un potenziale, Peña ha affermato che sarebbe necessario un ulteriore studio degli schemi per trovare una soluzione migliore.
Successivamente, hanno esplorato l’uso di strutture coassiali con fibre di grafene come nucleo e polidimetilsilossano (PDMS) per lo strato esterno. Il grafene è diventato popolare nella stampa di metalli 3D e nella creazione di compositi grazie alle sue buone proprietà meccaniche, conducibilità e biocompatibilità. Le fibre di grafene richiedono un materiale di supporto, tuttavia, con PDMS è una buona opzione. Ancora meglio, le fibre possono essere rivestite con platino per una conduttività e una biocompatibilità ancora migliori.
“Imitando i cavi elettrici, la fibra coassiale rLCGO / PDMS avrebbe un nucleo conduttivo (fibra rLCGO) circondato da uno strato esterno di isolante PDMS”, ha affermato Peña. L’estrusione di tali fibre una accanto all’altra e in più strati, in cui le fibre rLCGO sono disposte in parallelo all’interno di una struttura PDMS consentirebbe di fabbricare un costrutto flessibile, solido e conduttivo con un array di elettrodi multidimensionale con il numero desiderato di canali conduttivi. “
I ricercatori hanno personalizzato una configurazione di stampa 3D per le fibre conduttive coassiali, ottimizzando il processo per la produzione di strutture flessibili e conduttive. C’è stata una sfida significativa, tuttavia, quando le strutture di stampa 3D con una fibra solida, rLCGO. Ciò ha causato “trascinamento” verso il centro della struttura e, a causa delle costrizioni temporali dello studio, il team di ricerca non è stato in grado di trovare una soluzione rapida.
“Sebbene la stampa di strati in una singola corsa richieda una maggiore ottimizzazione, è stato creato un prototipo con due strati con quattro fibre rLCGO parallele ciascuna, utilizzato per mostrare come la flessione non influenzi le sue proprietà elettriche. Le fibre utilizzate per lo sviluppo del processo di stampa non erano altamente conduttive, sebbene la loro conduttività potesse essere notevolmente aumentata dalla platinizzazione, come mostrato in questo lavoro. Tuttavia, potrebbero essere utilizzate altre fibre di rLCGO che mostrano una conduttività più elevata.
“I dati mostrati in questo lavoro sono ancora molto preliminari, ma promettenti. L’ottimizzazione del processo di stampa 3D deve essere il prossimo passo verso lo sviluppo di questa tecnologia per la CI, ”ha concluso Peña.
Potenziale costrutto coassiale stampato in 3D per CI. Le fibre coassiali hanno una fibra rLCGO come nucleo conduttivo e PDMS come strato esterno isolante. La stampa 3D di queste fibre consentirebbe di fabbricare un costrutto flessibile e solido con più fibre parallele rLCGO che agiscono come una matrice di elettrodi circondata da PDMS. Fibre coassiali rLCGO / PDMS stampate attraverso gli ugelli diametro 700 µm (A) e 400 µm (B). L’estremità delle fibre è stata tagliata pulita (A) per eliminare qualsiasi difetto dovuto al trascinamento della fibra rLCGO (B) e per esporre la fibra rLCGO sulla sezione. Fibra rLCGO / PDMS stampata in 3D che mostra il trascinamento della fibra rLCGO negli angoli (C). Fibre rLCGO / PDMS continue stampate in 3D con un cerchio di raggio 3 mm agli angoli. Il trascinamento della fibra rLCGO si è interrotto dopo il primo loop (D). 
Elementi dell’impianto cocleare. Illustrazione dei componenti dell’IC e della relativa anatomia (A): processore del suono (a), bobina e trasduttore elettromagnetico (b), array di elettrodi (c), coclea (d), nervo uditivo (d). Parti e materiali interni nell’IC (B): trasduttore elettromagnetico con custodia in titanio o ceramica (1), bobina magnetica che riceve i segnali dall’elaboratore del suono esterno (2), elettrodi extracocleari (3), array di elettrodi in platino / fili di iridio (90/10) all’interno di un supporto in polidimetilsilossano (PDMS) e 22 contatti in platino (4), magnete rimovibile (dal trasduttore) (5), rinforzo PDMS (6) (Wallace, Higgins, Moulton, & Wang, 2012) 