I RICERCATORI HANNO HACKERATO LA CONSOLE XBOX PER SVILUPPARE UNA STAMPANTE 3D MEDICA SU SCALA NANOMETRICA
I ricercatori della Technical University of Denmark (DTU) hanno riproposto un componente di Microsoft Xbox 360 per sviluppare una stampante 3D su scala nanometrica di grandi volumi ad alta risoluzione con varie applicazioni nel settore medico.
Il team ha preso un componente OPU (Optical Pick-Up Unit) da una console Xbox 360 per sostituire un sistema ottico convenzionale di stereolitografia (SLA), al fine di semplificare drasticamente il sistema di stampa 3D SLA. Con l’OPU che costa meno di $ 5, la soluzione del ricercatore potrebbe potenzialmente aumentare l’accessibilità economica di tali apparecchiature di migliaia di sterline.
“Con la nostra stampante 3D in grado di stampare oggetti 3D in micro e nanoscala, siamo in grado di passare da decine di micrometri nella risoluzione di stampa fino a centinaia di nanometri senza costosi componenti specializzati”, ha affermato Tien-Jen Chang, studente di dottorato del DTU e membro del team di ricerca.
“E CI RITROVIAMO ANCHE CON UNA STAMPANTE 3D SU SCALA NANOMETRICA PIÙ SEMPLICE E COMPATTA RISPETTO AD ALTRI SISTEMI DI STEREOLITOGRAFIA”.
Hacking hardware per convenienza e semplificazione
L’hacking dell’elettronica di consumo e il riutilizzo di componenti è un percorso interessante per utilizzare la tecnologia immediatamente disponibile per sviluppare più rapidamente apparecchiature di ricerca meno costose. Riutilizzando l’OPU Xbox, il team DTU spera di abbassare la soglia per consentire a più ricercatori di accedere alla stampa 3D su micro e nanoscala.
L’hacking hardware è già stato intrapreso nel mondo della stampa 3D medica, dopo che la rete anarchica di biohacking, il Four Thieves Vinegar Collective, ha sviluppato un kit stampabile in 3D per farmaci per l’homebrewing che è servito come alternativa accessibile ai reattori chimici industriali. Chiamato Apothecary Microlab, il dispositivo è in grado di sintetizzare farmaci fatti in casa per condizioni come l’HIV, overdose di oppiacei e aborti farmaceutici. Il collettivo ha anche stampato in 3D versioni economiche di Epipen e vari altri dispositivi medici .
La stampa 3D open source, promossa da artisti del calibro del progetto RepRap , che ha celebrato il suo decimo anniversario nel 2018 , è un altro modo in cui tecnologie, software e processi possono diventare accessibili a tutti e mantiene un ethos simile a quello adottato dal Ricercatori DTU nell’aprire ad altri l’accessibilità economica delle apparecchiature di stampa 3D SLA.
Hacking dell’OPU
Un OPU è un componente che legge e scrive i dati da dischi di archiviazione ottica come Blu-ray, DVD ad alta definizione e CD. L’OPU Xbox non fornisce solo una sorgente di luce, ma anche un’ottica limitata alla diffrazione in dimensioni compatte e, date le sue misurazioni ad alta precisione e le modalità laser a lunghezze d’onda multiple, i ricercatori hanno deciso che sarebbe stato un sostituto ideale per i sistemi ottici SLA convenzionali.
Il team ha estratto l’OPU HD-DVD da una Xbox 360 e ha progettato la propria stampante 3D basata su un sistema SLA invertito, dirigendo il punto laser verso l’alto. L’OPU emette un laser a 405 nanometri focalizzato all’interno della vasca fotopolimerica, mentre un controller incorporato si collega a un driver OPU personalizzato e a un driver motore per regolare l’intensità del laser e la lunghezza d’onda. Il driver del motore controlla gli stadi lineari degli assi XY e Z con risoluzioni rispettivamente di 312,5 nm e 62,5 nm, poiché il controllo integrato comunica con un computer per implementare il processo di stampa.
Mentre i sistemi SLA convenzionali richiedono sensori esterni per la stampa, il livellamento del substrato e il raggiungimento di una stampa ad alta precisione, il sistema di stampa 3D OPU proposto dai ricercatori DTU utilizza direttamente i sensori incorporati per determinare la distanza tra il punto focale e la superficie del substrato con una risoluzione su nanoscala. I sensori possono anche regolare la superficie del substrato, il piano focale dell’OPU e il piano di inclinazione, mentre un motore a bobina mobile regola la lente dell’obiettivo per misurare lo spessore del fotopolimero.
Come risultato di queste alterazioni, il team DTU ritiene che il loro sistema di rilevamento integrato OPU potrebbe essere utilizzato per ottimizzare e aumentare significativamente la resa della stampa 3D su micro e nanoscala.
“Crediamo che questa tecnologia possa avere un impatto su diverse aree della tecnologia sanitaria”, ha affermato il professore associato della DTU En Te Hwu. “L’obiettivo originale per lo sviluppo della nostra stampante 3D era quello di essere in grado di stampare un volume di centimetri cubi con risoluzione su scala micro / nanometrica per il nostro sviluppo della consegna di farmaci basato su micro-contenitori. E non siamo riusciti a trovare sul mercato un sistema di stampa 3D in grado di farlo. Quindi abbiamo dovuto crearne uno nostro “.
Oltre a stampare in 3D i propri contenitori in microscala per la somministrazione orale di farmaci, i ricercatori prevedono applicazioni molto più ampie per la tecnologia sviluppata in tutto il settore medico. Credono inoltre che il sistema OPU abbia un “grande potenziale” per la commercializzazione e stanno progettando di creare una società derivata basata su questa ricerca nei prossimi anni.
“Oltre alla stampa 3D dei nostri conatiners in microscala con un diametro di un capello umano per sviluppi più efficienti di somministrazione orale di farmaci, questo sistema può anche essere utilizzato per stampare aghi in microscala indolori da utilizzare su cerotti cutanei per accelerare gli sviluppi della somministrazione transdermica di farmaci”, ha continuato Hwu.
Altre potenziali applicazioni della tecnologia potrebbero includere la stampa di strutture 3D per ambienti di colture cellulari per studi di test farmacologici ex vivo più accurati e la stampa di micro-dispositivi biocompatibili con superfici nanostrutturate che uccidono i batteri.
“ALLA FINE, IL NOSTRO OBIETTIVO È AIUTARE I PAZIENTI A SPERIMENTARE UNA DIAGNOSTICA E UN TRATTAMENTO MIGLIORI, AD ESEMPIO ATTRAVERSO UNA DIAGNOSTICA MEDICA PIÙ ACCURATA, FARMACI ORALI PIÙ EFFICIENTI E MIGLIORI CEROTTI”.
Ulteriori informazioni sulla tecnologia dei ricercatori possono essere trovate nel documento intitolato “Stampa 3D su micro e nanoscala utilizzando unità di rilevamento ottico da una console di gioco” , pubblicato sulla rivista Communications Physics. Lo studio è co-autore di T. Chang, L. Vaut, M. Voss, O. Ilchenko, L. Nielson, A. Boisen e E. Hwu.
