Due studenti della Scuola di Ingegneria e Scienze Applicate hanno progettato un sistema stampato in 3D per la mappatura ottica, uno strumento leader nell'elettrofisiologia cardiaca utilizzato per studiare i meccanismi dell'aritmia. Il sistema può essere implementato per una frazione del costo delle apparecchiature disponibili in commercio.

Sofian Obaid, B.S. '18, un dottorato di ricerca del primo anno alunno, e Brianna Cathey, una laurea specialistica in ingegneria biomedica, ha recentemente pubblicato un articolo sul loro sistema di stampa 3D e sul software di analisi dei dati di accompagnamento in Rapporti scientifici . I loro progetti possono essere scaricati e modificati dai ricercatori che desiderano replicare l'intero sistema o solo parti di esso, ridurre le barriere finanziarie e di fattibilità del protocollo per i laboratori di elettrofisiologia cardiaca e la più ampia comunità di ricerca.

Lavorando sotto Igor Efimov, cattedra di ingegneria biomedica e Alisann e Terry Collins Professor of Biomedical Engineering, Il signor Obaid e la signora Cathey sono stati inizialmente incaricati dalla scienziata post-dottorato Sharon George, con la stampa 3D di una singola parte per un esperimento. Al Dr. Efimov è piaciuta la loro idea e li ha sfidati a progettare un intero sistema di mappatura ottica che aumentasse la flessibilità del protocollo di ricerca e riducesse le barriere finanziarie per la ricerca.

La capacità di eseguire la stampa 3D ha democratizzato la creatività ingegneristica in molti campi, ma è particolarmente efficace nell'ingegneria biomedica, dove sono necessarie soluzioni ingegneristiche sofisticate per aiutare i singoli pazienti, ha detto il dottor Efimov.

"Brianna e Sofian hanno dimostrato attraverso la loro crescita professionale come studenti BME un percorso per i futuri studenti come essere ambiziosi e sfidare i metodi esistenti nel nostro campo, " ha detto. "Lavorando con la dottoressa Sharon George e altri collaboratori, hanno creato un framework per sistemi di imaging stampati in 3D open source personalizzati, uno studio sperimentale alla volta. Consentirà nel prossimo futuro a tutti i biologi senza un background ingegneristico di progettare i propri metodi sperimentali su misura per un fenomeno biologico oggetto di indagine".

Per esempio, un componente del sistema tradizionale è una scatola progettata per contenere un piccolo specchio con un angolo di 45 gradi. Se un ricercatore avesse bisogno di sostituire quella scatola di circa tre pollici, costerebbe migliaia di dollari. Anziché, un design per una parte con la stessa funzione è disponibile per il download e può essere stampato in 3D per circa $ 40.

"Con piccole cose semplici come quella, penseresti che non sarebbe un problema trovare una soluzione economica, ma i nostri esperimenti richiedono condizioni specifiche affinché la luce venga raccolta correttamente e percorri la strada giusta per acquisire i dati migliori, "La signora Cathey ha detto. "Le parti meccaniche in realtà devono soddisfare molti requisiti ed essere adattabili a ottiche speciali ordinate ad alto costo".

Gli utenti possono ora scaricare parti specifiche di un sistema di mappatura che desiderano replicare o l'intero sistema, che supporta apparecchiature ottiche specializzate tra cui fotocamere, lenti e specchi. I ricercatori potrebbero risparmiare quasi $ 21, 000 stampando in 3D un nuovo sistema invece di acquistarne uno attualmente sul mercato.

Oltre a maggiori costi, anche i sistemi acquistati in commercio sono generalmente adattati a una specifica dimensione della lente e alla preparazione del tessuto. Però, il sistema di stampa 3D offre agli utenti la possibilità di modificare questi elementi. Questo cambiamento aiuterà anche i ricercatori a risparmiare denaro che possono invece incanalare verso diversi aspetti del loro lavoro.

La signora Cathey e il signor Obaid hanno lavorato al progetto per circa un anno e mezzo prima di inviare il loro articolo per la pubblicazione. Il sistema ha più di 55 parti distinte e crearlo è stata una sfida perché i ricercatori hanno dovuto pensare diversi passi avanti, considerando come ogni decisione di progettazione avrebbe un impatto sulla funzione complessiva del sistema.

Signor Obaid, che ha lavorato a questo progetto come studente universitario, ha detto che fare ricerca lo ha spinto a continuare a perseguire l'ingegneria biomedica come studente di dottorato. Il signor Obaid attualmente lavora sotto Luyao Lu nel suo laboratorio di elettronica bio-integrata avanzata.

"La parte migliore della mia esperienza è stata insegnarmi nuove abilità e applicarle per migliorare un importante metodo di ricerca, " Egli ha detto.

signora Cathey, chi ha intenzione di frequentare la scuola di medicina dopo aver preso un anno sabbatico, ha detto che fare ricerche le ha dato una comprensione più completa dei principi di ingegneria che stava studiando. Ha parlato con il dottor Efimov di essere coinvolta nel suo laboratorio come studente del primo anno e ha assunto maggiori responsabilità nel tempo.

"Questo progetto è stata una buona esperienza di apprendimento per vedere che tipo di impegno ci vuole per dare un contributo significativo al campo, " lei disse.

La signora Cathey spera di fare studi di ingegneria applicata clinicamente in futuro. È una co-fondatrice di George Hacks e recentemente è stata presentata all'incontro annuale dell'American Association for the Advancement of Science sulla promozione del cambiamento sociale attraverso l'innovazione.