Центр 3D-печати РОБОТМАШ
СКИДКА НА ПЕРВЫЙ ЗАКАЗ - 20%
Антибактериальные пластики Copper3d
"Applied Sciences" – открытый рецензируемый научный журнал, издается организацией MDPI.

MDPI – Многопрофильный цифровой издательский институт, научное средство массовой информации (Швейцария).


Получить консультацию
Наш менеджер с удовольствием произведет расчёт Вашего заказа
Краткий отчет


3д-печать протезов антибактериальными пластиками.



Джордж М. Зунига 1,2



1 Кафедра Биомеханики, Университет штата Небраска, Омаха, NE 68182, США; jmzuniga@unomaha.edu

2 Факультет медицинских наук, Автономный университет Чили (Universidad Autonoma de Chile ), Сантьяго, Чили.

Статья получена: 21 июля 2018 г.; допущена: 12 сентября 2018 г.; опубликована: 14 сентября 2018 г.

Проверка на наличие обновлений пройдена.

Применение: У использования антибактериальных пластиковых нитей для 3д-печати есть многообещающее применение в разработке медицинских устройств, связанных с бактериологией, а также в изготовлении послеоперационных протезов, перевязочных материалов, частей хирургического оборудования и инструментов.

Аннотация: Цели настоящего исследования: (i) описать разработку протезов напечатанных на 3д-принтере с использованием антибактериальных филаментов, (ii) проверить антибактериальные свойства напечатанных протезов. Протезы пальцев были изготовлены с использованием антибактериального пластика для 3D-печати PLACTTVETM (Copper3D, Чили). Двум взрослым пациентам с ампутацией левого указательного пальца в проксимальной фаланге были установлены индивидуальные протезы, изготовленные из антибактериального пластика на 3д-принтере. Параметры изделия были оценены по методикам Box и Block Test. Удовлетворенность пациентов качеством изделия оценивалась с помощью технологии QUEST 2.0 (Quebec User Evaluation of Satisfaction with assistive Technology). Анализ напечатанного протеза был выполнен двумя независимыми лабораториями с точки зрения воздействия на штаммы золотистого стафилококка и кишечной палочки (сертификация ISO 22196). Бактериальный анализ показал, что пластик для 3д-печати PLACTTVETM с 1%-ыми антибактериальными добавками нано-частиц был на до 99.99% эффективным против золотистого стафилококка и кишечной палочки. Подвижность пальцев и функциональность кисти была улучшена после установки напечатанного протеза пальца. Пациенты указали, что были "очень удовлетворены" установленным протезом пальца. Данное исследование показало, что антибактериальный 3д-пластик в виде нити может использоваться для изготовления функционального и эффективного антибактериального протеза пальцев.

Ключевые слова: антибактериальные материалы, биосовместимые материалы, филамент для 3д-печати, аддитивное производство, ортезы, быстрое прототипирование, протезирование, разработка протезов.
1.Введение

К 2050 году приблизительно 3,6 миллиона человек будут жить с ампутациями в пределах Соединенных Штатов [1]. В бюджетной оценке за 2016 год установлено, что 22% (количество равное 20 158 чел.) от общего числа американских ветеранов, которым была оказана медпомощь при ампутации в медицинских учреждениях Veterans Affairs (VA), лишились верхних конечностей [2]. Ампутации пальца - наиболее распространенный вид ампутации верхних конечностей. Ампутация пальцев влияют на функцию кисти в целом, общую функциональность человека и качество жизни [3]. Несмотря на общие успехи в протезировании верхних конечностей имеется высокий показатель нареканий у пациентов в частных случаях[4]. До 52% инвалидов по ампутации верхней конечности перестают использовать разработанные для них протезы[2]. Оснащение пациента протезом в течение первых 4 недель после того, как прошла ампутация увеличивает вероятность принятия протеза пациентом без дальнейшего отказа от использования [5]. Это время известно как 'золотой период' для протезирования верхних конечностей и лучшего процесса восстановления, этот период может быть самым важным фактором в принятии пациентом протеза [6].

Во время этого периода контрактуры, атрофия мышц и заражения инфекциями наиболее часто встречающиеся факторы риска, которые могут оказать влияние на использование протеза и полную функцию конечности. Использование переходного протеза уменьшает нагрузку на контралатеральную конечность, улучшает функциональность, предлагая дополнительную возможность схватывания при выполнении задач двумя руками, улучшает симметрическое восприятие и внешний вид[7].

Ранее было доказано, что неотложное использование послеоперационного функционального протеза (т.е., переходного протеза) могут также улучшить диапазон движения и силу поврежденной руки [8]. Однако эти функциональные переходные устройства часто делаются вручную, требуя больших временных затрат на изготовление изделия и высокую квалификацию технических специалистов[8,9]. Кроме того, пациенты, использующие протезы с крепежными разъемами, оказываются перед множественными заболеваниями кожи и восприимчивы к бактериальным инфекциям и микозам [10]. Эти заболевания кожи оказывают значительное вредное влияние на качество повседневной жизни пациентов, которые потеряли конечности [4]. Предыдущие исследования [11,12] показали, что у медных составов есть высокий потенциал для использования в разработке недорогостоящих медицинских устройств с сильными антибактериальными свойствами.

Эти положительные особенности и высокая экологическая безопасность меди делают его способным к замене серебра и других антимикробных составов в разработке широкого диапазона медицинских устройств [11]. Кроме того, предыдущее исследование выявило побочные эффекты после использования составов с серебром, включая местное раздражение кожи, изменение цвета или окрашивание, которые в целом безопасны и обычно обратимые [13]. Медные ионы функционируют, изменяя белки и ингибируя их биологическую активность, мембранное перекисное окисление липидов и плазменную мембранную пермеабилизацию [14]. Медь, как было установлено, улучшила процесс заживления ран, поскольку это играет ключевую роль в улучшении процесса развития кровеносных сосудов через индукцию сосудистого фактора эндотелиального роста, который положительно сказывается на активность медно-зависимых ферментов, пролиферацию клеток и процесс реэпитализации [15]. В частности, добавление медных нано-частиц к полимерам, как показывали исследования, обеспечило сильные антимикробные свойства в процессе разработки новых биоцидных материалов и позволило найти широкий диапазон нанокомпозитов полимера с высоким содержанием металлических ионов, облегчающих антимикробные свойства [12]. Было предложено [12], что добавление медных нано-частиц к полимерам значительно улучшает антимикробные свойства, а также открывает многообещающие возможности применения в разработке медицинских устройств, связанных с антибактериальным использованием, такие как основанные на углублениях крепежные конструкции протезов взамен используемых ранее креплений не имеющих антибактериальных свойств.

Недавние технические достижения в аддитивном производстве (т.е. в 3D печати) [16] и новая антимикробная нить для 3д-печати предлагают уникальную возможность производства недорогостоящей, с индивидуально разработанной конструкцией протеза, имеющего антибактериальные свойства и изготовленного на 3д принтере [16-18]. Развитие и эффективность производства протезов верхних конечностей, используя антимикробные нити для 3д-печати, однако, не были достоверно изучены[12]. Поэтому, цель данного исследования состоит из двух пунктов: (i), описание изготовления протеза на 3д-принтере, используя антибактериальные нити и (ii), проверка антибактериальных свойства напечатанного протеза. Эта информация очень важна для внедрения протезов напечатанных с помощью аддитивных технологий в качестве послеоперационных или переходных протезов.

Основываясь на предыдущих исследованиях [11-14,16-19], мы выдвинули гипотезу о том, что (i) антибактериальные нити для 3д-печати могут использоваться для разработки функционального протеза верхней конечности и (ii) антибактериальные свойства нити для 3д-печати после экструдирования из печатной головки 3д-принтера и последующие технологические операции изготовления протеза не оказывают влияние на антибактериальные свойства нити.
2. Материалы и методы исследования

Это исследование описывает способ 3д-печати протезов пальца из антибактериального филамента и проверку антибактериальных свойств изделия. Кроме того, текущее исследование также описывает функциональность изделия и степень удовлетворенности пациентов от использования протеза. На данное исследование были приглашены два пациента. Пациент № 1 - 65-летний мужчиной (высота 177,8 см и вес 81,6 кг) с ампутацией указательного пальца в проксимальной фаланге левой (недоминирующей) руки (рисунок 1A). Оставшаяся часть пальца составлял 4,5 см в длине и 7 см в окружности. Указательный палец на другой руке - 9,5 см в длине и 7 см в окружности. Пациент № 2 - 40-летний мужчина (рост 180 см и вес 104 кг) с ампутацией указательного пальца в проксимальной фаланге левой (недоминирующей) руки. Оставшаяся часть пальца в ближайшей фаланге составлял 2 см в длине и 7.2 см в окружности. Указательный палец на другой руке - 9 см в длине и 7,2 см в окружности. Перед посещением лаборатории участники исследования предоставили фотографии обеих рук для предварительной подгонки параметров протезов [16].

Участники исследования посетили лабораторию дважды. Во время первого посещения с участниками провели ознакомительную беседу описав методику тестов и подписали согласие об обработке информации. Во время второго посещения участникам были установлены протезы из антибактериального пластика напечатанные на 3д-принтере (рисунок 1B, C) и были выполнены тесты по методике Box и Block Test для оценки подвижности протеза, скорости и силы сжатия/разжимания (рисунок 1D).

Испытания по методикам Box и Block Test были предложены в качестве оценки односторонней силовой ловкости [20,21] и ранее использовались, чтобы оценить качество работы по изготовлению протезов верхних конечностей, а также мышечную память и моторику пальца пациента[22].

В тестах используется деревянная коробка с размерами 53,7 см х 25,4 см х 8,5 см. Перегородка располагается в середине этой коробки, создавая при этом два контейнера с длиной каждой стенки 25,4 см[20].

В настоящем исследовании, после того, как были озвучены инструкции, пациентам позволили потренироваться за 15 секунд до начала тестирования. Непосредственно перед началом теста, пациентов попросили поместить их руки на края используемой в испытании коробки.

Когда тестирование началось, каждого пациента попросили схватить один предмет (кубик на рисунке 1D) за один раз, перенести над разделительной перегородкой и выпустить предмет в противоположный отсек коробки. Все предметы была перемещены в течение одной минуты.

Рисунок 1. (A) Участник исследования (Пациент 1) с ампутацией указательного пальца в проксимальной фаланге левой руки. (B) Протез пальца напечатанный на 3д-принтере антибактериальным филаментом Сopper3D PLACUVETM. (C) Пациент, использующий протез пальца из антибактериального пластика. (D) Пациент, выполняющий испытания Box и Block Test.

Участники исследования сообщали о ходе испытания в повседневной жизни протезов в общей сложности в течении 12 и 15 часов в неделю соответственно. После двух недель использования протеза участники закончили исследование степени удовлетворенности от применения протеза. Использование протеза и удовлетворение были оценены, используя технологию оценки QUEST 2.0 [23]. Участникам исследования сообщили о результатах исследования. Данное исследование было одобрено экспертным советом медицинского центра Университета штата Небраска (США).
    2.1 Исследование антибактериальных свойств

    Антибактериальные свойства нити используемой для 3д-печати протезов были проверены двумя независимыми лабораториями сертифицированными по стандарту ISO 22196. Были произведены и проверены шесть испытательных образцов (размеры образца 5 см x 5 см x 1 см). Стандарт ISO 22196 была разработан для оценки антибактериальных свойств твердой пластмассовой поверхности к бактериям стойкого к метициллину золотистого стафилококка, обычного золотистого стафилококка и кишечной палочки. Эти бактерии были выбраны, по причине того, что они являются главными причинами множества домашних и больничных инфекций.

    Сутью этого теста было отслеживание инкубационного развития бактериального прививочного материала в контакте с протезом напечатанном антибактериальным пластиком в течении 24 часов. После воздействия прививочные бактерии были восстановлены, и была определена концентрация бактерий. После 24-часового инкубационного периода была определена антимикробная эффективность в сравнении с восстановленными бактериями, выведенными на контрольном материале и отпечатанным на 3д-принтере протезом используя антибактериальный филамент. Лаборатория 1 проверила антибактериальную эффективность против метициллин-стойкого золотистого стафилококка и кишечной палочки, которые являются самыми распространенными бактериями, связанными с инфекциями кожи и желудочно-кишечными заболеваниями, соответственно. Лаборатория 2 проверила антибактериальную эффективность против золотистого стафилококка и кишечной палочки. В частности, метициллин-стойкий золотистый стафилококк является одной из наиболее частых внутрибольничных инфекций и представляет серьезную проблему для здравоохранения.

    2.2. 3д-печать протеза пальца из антибактериального пластика (филамента)

    Протез пальца напечатанный на 3д-принтере из антибактериального пластика сгибающийся в произвольном направлении протез, приводимый в действие сгибанием пястно-фалангового отдела. Подробный технический чертеж пальца приведены на рисунке 2 (рисунок 2A-C). Изделие было снабжено, специально настроенный неопреновым тросиком, закрепленным на внешнем участке кисти пациента. Протез был разработан таким образом, чтобы сохранить пропорции по длине и окружности пальца другой руки участника исследования.

    Напечатанный антибактериальный протез пальца позволил выполнять пациенту действия с повышенным сцеплением между протезом и перемещаемым предметом. Данный протез двигался благодаря усилиями мышц пациента на окончании пястно-фалангового отдела. Окончание пястно-фалангового отдела сгибалось на 40 ° что удлиняло неопреновый тросик на 1 дюйм. Силиконовая вставка на кончике пальца была добавлена, чтобы увеличить трение и предотвратить соскальзование захваченных объектов. Проектирование протеза было выполнено удаленно и началось с просьбы пациентов сфотографировать и затронутые и незатронутые ампутацией конечности на фоне метрической линейки (рисунок 1A). Этот фотограмметрический метод позволил извлечь нескольких антропометрических измерений с представленных фотографий.

    Эта фотография тогда загружалась в программное обеспечение Autodesk Fusion 360 и использовалась в качестве фона при подготовке чертежей. Система измерения программного обеспечения была откалибрована в соответствии с линейкой на фотографии. Как только модель протеза была примерена к руке пациента, и все измерения были подтверждены сертифицированным протезистом файлы модели протеза были загружены в настольный 3D Принтер (Ultimaker 2 Extended, Ultimaker B.V., Гелдермэлсен, Нидерланды).

    Протез был напечатан, используя PLACTIVETM (PLACTIVETM с 1%-ой антибактериальной добавкой нано-частиц компании Copper3D, Сантьяго, Чили), который является высококачественным полимером полимолочной кислоты запатентованным на международном уровне. Медные нано-частицы эффективны для устранения грибков, вирусов и бактерий и в тоже время совершенно безопасны для людей. Пластик PLACTIVETM был выбран, поскольку он использует озвученный ранее и доказанный антибактериальный механизм, является недорогостоящим материалом, который разлагается в природе, и обладает свойствами для последующего термоформирования, которые облегчают дальнейшую обработку и заключительные операции по доводке напечатанных протезов. Пластик PLACTIVETM имеет следующие характеристики: относительная вязкость = 4.0 г/дл, цвет - прозрачный, температуру плавления - 145-160 °C, температура стеклования - 55-60 °C), и механические свойства: предел текучести при растяжении - 8700 фунтов на квадратный дюйм, предел прочности в разрыве = 7700 фунтов на квадратный дюйм, модуль растяжения = 524,000 фунтов на квадратный дюйм, удлинение при растяжении = 6%, предел прочности при изгибе = 12,000 фунтов на квадратный дюйм и температура тепловой деформации при 66 фунтах на квадратный дюйм = 55 °C) свойства к стандартным полиактидным кислотным нитям.

    Среднее время печати для протезов пальца равнялось 60 ± 5.6 минут. Стоимость 750-граммовой катушки антибактериальной нити составляет $92. Все части были напечатаны при 40%-ом заполнении (в форме шестиугольника) со скоростью печать 50 мм/с, и 150-200 мм/с скорости перемещения сопла, при температуре стола 50 °C при температуре сопла 200 °C, 0,15-миллиметровой высотой слоя и 1-миллиметровой толщиной стенки. Последующая обработка состояла из удаления поддержек и удалению грубых неровностей в областях контакта пластика с кожей. Расположение поддержек печатной модели протеза на столе, а также их взаимное расположение относительно модели и печатной платформы проиллюстрированы в рисунке 3. Последующая обработка антибактериального протеза напечатанного на 3д-принтере заняла 10 минут, дальнейшая сборка протеза заняла 30 минут.
    Рисунок 2. Технический чертеж проксимальной, средней, и дистальной фаланг напечатанного протеза. (A) Протез пальзца - вид сверху. Проксимальная фаланга пальца имеет антибактериальное термоформируемое посадочное гнездо. (В) Рендер (CAD изображение) протеза пальца. (C) Протез пальца – вид сбоку. Размеры могут быть произвольными в соотношении с любым масштабом.
    3d modeling
    Рисунок 3. Схема расположения модели протеза и формирования поддержек на печатной платформе. Протез пальца был помещен в центр печатной платформы.
    3. Результаты

    Бактериальный анализ показал, что PLACTIVETM с 1%-ыми антибактериальными добавками нано-частиц был на 99.99% эффективным против золотистого стафилококка и кишечной палочки. А именно, Лаборатория 1 сообщила об эффективности на 98.95% против метецилин-устойчивого золотистого стафилококка и об эффективности на 95.03% против кишечной палочки. Лаборатория 2 сообщила об эффективности на 99.99% против золотистого стафилококка и против кишечной палочки. Таблица 1 демонстрирует результаты бактериального анализа, Таблица 2 демонстрирует результаты оценок по методике "QUEST", "Box" и "Block Test".
    Таблица 1. Бактериальный анализ

    Таблица 2. Оценка удовлетворенности пользователей по методике "QUEST" и результаты тестов "Box" и Block Test".


    4. Обсуждение результатов исследования

    Главные результаты текущего расследования состояли в том, что антибактериальная нить для 3д-печати, PLACTIVETM, может эффективно использоваться для развития функциональных протезов пальца напечатанных на 3д-принтере. Кроме того, антибактериальные свойства нити для 3д-печати после экструдирования из печатной головки 3д-принтера не изменились (Таблица 1). Свойства термоформования PLA не изменились с добавлением медных нано-частиц и ни как не повлияли на постобработку и заключительную установку протеза пальца напечатанного из антибактериальной нити.

    Предыдущие расследования описали использование серебряных составов, для разработки антибактериальных протезов нижних конечностей [24] и зубных протезов [25]. По имеющейся информации [24] серебро являлось главным компонентом раньше, его применение обуславливалось уменьшением потоотделения и соответствующего запаха из пристяжного разъема протеза. Точно так же Ямада и др. [25] описали использование серебряных составов для зубных протезов с целью сокращения бактериального прилипания к зубным материалам и таким образом, уменьшая уровень кариеса и периодонтита [25]. Однако есть некоторые доказательства, что использование серебряных составов может привести к местному раздражению кожи и изменению цвета кожного покрова[13].

    Кроме того, медные составы были описаны, как недорогостоящая альтернатива серебру с высоким потенциалом для разработки медицинских устройств с сильными антибактериальными свойствами [11,12]. У добавления нано-частиц меди к полимерам и получающимся антибактериальным свойствам есть многообещающие применения в развитии переходных протезов [12]. Термины "послеоперационный или предварительный протез" широко использовался в протезировании [10,26]. Позже, эти типы устройств были отнесены как "временные протезы", "начальные протезы", или "переходные протезы" [9]. В предыдущих исследованиях использовали переходные протезы с целью восстановления, сохранения силы и диапазона движения у детей с ограниченными возможностями связанными с частичной дисфункцией верхних конечностей [8,27]. Переходный протез может использоваться, в то время когда оставшаяся часть конечности пациента все еще заживает, для уменьшения отека и повышения уровня комфорта пациента при установке протеза. Недавно ампутированная конечность особенно восприимчива к инфекциям и заболеваниям кожи [10]. Текущие результаты предполагают, что антибактериальная нить для 3д-печати может также использоваться для производства более эффективных и антибактериальных переходных протезов. Кроме того, изготовление антибактериальных разъемов для обычных протезов верхней конечности имеет большой потенциал, для облегчения течения большинства заболеваний кожи, связанных с бактериальными и грибковыми инфекциями [10,12].

    Производство антибактериальной нити для 3д-печати с возможностями последующей теромоформовки есть потенциал, чтобы коренным образом изменить уход за больным в производстве ортезов и протезов. Добавление медных нано-частиц к полимерам для придания антибактериальных свойств материалу есть многообещающие применения в разработке медицинских устройств, связанных с антибактериальными разработками и исследованиями[12]. Это применения не ограничены послеоперационными протезами [12,18], данные материалы также могут быть использованы, для других типов медицинских устройств, такие как повязки на рану [13] и хирургические инструменты [28]. Повязки на рану - это внешние барьеры, которые изолируют место раны от внешней среды и обеспечивают оптимальную окружающую среду для раны для ее заживления. Когда рана причиняется травмой или болезнью этот барьер становится угрозой. В результате может наблюдаться восприимчивость места раны к микробным инфекциям, происходящим из эндогенных и внешних источников.

    В предыдущих исследованиях [13] использовали цинк, медь и серебряные частицы, включенные в поликапролактон для изготовления с помощью 3д-печати антибактериальной повязки на рану. Авторы нашли, что у повязок на рану для изготовления которых использовалась нить для 3д-печати, содержащая частицы серебра и меди, были самые мощные бактерицидные свойства. Было определенно, что эти повязки на рану показали наилучшие бактерицидные свойства против бактерий метицилин-стойкого золотистого стафилококка, который является частой причиной бактериальных инфекций кожи. Точно так же текущее расследование установило, что PLA (ПЛА-пластик) с 1% медных добавок нано-частиц был эффективен на 99.99% против золотистого стафилококка и кишечной палочки при замерах концентрации бактерий после 24-го инкубационного периода. Нано-частицы меди более предпочтительны чем серебро из-за более низкой цены меди и отсутствия побочных эффектов, о которых сообщают, так как использование серебряных нано-частиц приводит к местному раздражению и изменению покровов кожи[13].

    Применение антибактериального филамента в 3д-печати также открывает возможность изготовления антибактериальных хирургических инструментов. Предыдущее исследование [28] показало, что используемая нить полимолочной кислоты (PLA-пластик) в процессе изготовления ретракторов для армейских нужд, достаточно прочна, чтобы использовать напечатанные устройства в операционной (при 75%-ом заполнении до разрыва конструкция выдерживала 13,6 кг). Полимолочная кислота, как показывали исследования, была безопасным и подходящим материалом для использования в хирургических инструментах [28]. Пластик PLA экструдируется из печатной головки 3д-принтера при температурах много больше 121 °C, рекомендуемых для паровой стерилизации или даже 170 °C, рекомендуемых для сухой тепловой стерилизации.

    Однако другие методы стерилизации, такие как обрабатывание в автоклаве, ставят под угрозу структурную целостность полимолочной кислоты (PLA-пластика), ограничивая использование этих устройств в хирургии [28]. Хотя более низкие температурные методы стерилизации, такие как "газовая"(этиленовая окись) стерилизация, не влияют на свойства полимолочной кислоты, хотя для обычных инструментов высокие уровни этиленового остатка окиси после обработки этим процессом, являются серьезной проблемой [28]. Гипоаллергенная и безопасная природа полимолочной кислоты была ранее проверена американским «Управлением Контроля Качества Продуктов и Лекарствами» (U.S. Food and Drug Administration) и одобрена как "полупостоянный кожный наполнитель" и материал пригодный для сшивания [28,29]. Поэтому, производство нитей из полимолочной кислоты для 3д-печати с антибактериальными свойствами имеет несколько эффективных медицинских применений и могла коренным образом изменить производство медицинских устройств, связанных с антибактериальными разработками. В данном исследовании использовался филамент PLACTIVETM, который объединяют широкий спектр полезных свойств полимолочной кислоты и высокие антибактериальные свойства медных нано-частиц в процессе изготовления на 3д-принтере антибактериальных, термоформируемых и функциональных протезов пальцев.

    Увеличение ручной силы и ловкости и высокая степень удовлетворения после использования напечатанного протеза пальца предполагает, позволяет заявить, что протез пальца был функциональным, простым в использовании, удобным, и эффективным (Таблица 2). Значительные различия, наблюдаемые в тестах "Box" и "Block" с и без протеза для пациента № 2 (Таблица 2), могли проявится из-за небольшой длины остаточного пальца пациента в сравнении с пациентом № 1. Пациент № 2, имел оставшийся длиной 2 см, а у пациента № 1 оставшаяся часть пальца была длиной 4,5 см. В то время, как больший размер оставшейся части пальца может увеличить силу и ловкость, более короткий сегмент оставшегося пальца усложняет выполнение задач тестов. Функциональная природа протеза, термоформирование и антибактериальные свойства PLACTIVETM, обсуждаемого в настоящей статье подходят для производства множества типов протезов [16-18], ортезов, вспомогательных устройств для перевязки ран и крепления повязок[13], а также хирургических инструментов [28].

    Потенциальные ограничения данного исследования связаны с небольшим количеством пациентов, которые использовали напечатанные на 3д-принтере протезы пальцев, ограниченное число тестируемых материалов, использование единственного антибактериального протокола тестирования (т.е., ISO 22196), и ограниченное число типов бактерий (метицилин-стойкий золотистый стафилококк, золотистый стафилококк и кишечная палочка). Кроме того, пока наши результаты указали на то, что хотя антибактериальные свойства филамента после экструдирования пластика из печатающей головки 3д-принтера не были затронуты, долговечность антибактериальных свойств не была проверена. Главные результаты данного исследования состоят в том, что антибактериальный пластик для FDM-печати PLACTIVETM может эффективно использоваться для изготовления функциональных протезов пальца. Кроме того, антибактериальные свойства пластика для 3д-печати в виде ните после экструзии ни как не изменились. Будущие исследования должны быть направлены на тестирование протезов с большими размерами, используя различные типы антибактериальных как разъемов креплений протезов так и самих протезов. Кроме того, использование расширенного протокола тестирования, такого как серия испытаний ISO 10993 (20 тестов), для более глубокой оценки биологической совместимости на более разнообразных бактериальных штаммах и долговечности антибактериальных свойств могло значительно углубить знания по данной теме.

    В целом, результаты от текущего расследования предполагают, что антибактериальная 3D печатная нить, PLACTIVETM, может эффективно использоваться для развития функциональных 3D печатных протезов пальца. Кроме того, данное исследование также подтвердило, что антибактериальные и формующие вгорячую свойства 3D нити печати после вытеснения не были затронуты, допуская модификации последующей обработки, необходимые для заключительной установки. У использования антибактериальной 3D печатной нити есть многообещающее возможное применение для разработки медицинских устройств, связанных с бактериальным развитием, такое как послеоперационные протезы, повязки на рану и хирургические инструменты.



    5. Заключение

    Данное исследование показало, что антибактериальный филамент для 3д-печати может использоваться для развития функциональных и эффективных антибактериальных протезов пальца. Беспрецедентная доступность технологии 3д-печати и производство пластиковой нити для 3д-печати с антибактериальными свойствами имеют несколько медицинских применений, потенциал, чтобы коренным образом изменить производство медицинских устройств.
    Патенты

    PLACTIVETM - новый полимер для 3D печати содержащий специальным образом подготовленные медные нано-частицы и добавки, что улучшает его антибактериальные свойства. PLACTIVETM защищен международным патентом.

    Соавторство: Все аспекты этой статьи осмыслялись, развивались и выполнялись Jorge M. Zuniga, перевод статьи на русский язык был выполнен генеральный директор компании «Роботмаш», Королев, Россия - Балашовым Николаем Николаевичем.

    Финансирование исследования: Это исследование частично финансировалось следующими организациями - National Institutes of Health (P20GM109090-01), the Center for Research in Human Movement Variability at the Biomechanics Research Building at The University of Nebraska at Omaha, the Teacher-Researcher Partnership Program (TRPP), the University of Nebraska Science Collaboration Initiative, and NASA Nebraska Space Grant Office. Оплата за публикацию статьи (англ. Article processing charge, APC) осуществлялась университетом University of Nebraska Science Collaboration Initiative..

    Благодарности: Выражаем благодарность Copper3D для передачи в дар антибактериального филамента PLACTIVETM.

    Конфликты интересов: Jorge M. Zuniga - Научный руководитель и проектировщик напечатанного протеза пальца. Инвесторы не имели ни какой роли в написании данного исследования; в сборе данных, исследованиях или интерпретации полученных результатов; в подготовке текста исследования, и в решении опубликовать результаты.
    Ссылки:

    1. Ziegler-Graham, K.; MacKenzie, E.J.; Ephraim, P.L.; Travison, T.G.; Brookmeyer, R. Estimating the prevalence of limb loss in the United States: 2005 to 2050. Arch. Phys. Med. Rehabil. 2008, 89, 422-429. [CrossRef] [PubMed]

    2. VA Office of Inspector General. Helathcare Inspection Prosthetic Limb Care in VA Facilities; VA Office of Inspector General: Washington, DC, USA, 2011.

    3. Kuret, Z.; Burger, H.; Vidmar, G.; Maver, T. Adjustment to finger amputation and silicone finger prosthesis use. Disabil. Rehabil. 2018,1-6. [CrossRef] [PubMed]

    4. Biddiss, E.A.; Chau, T.T. Upper limb prosthesis use and abandonment: A survey of the last 25 years. Prosthet. Orthot. Int. 2007, 31,236-257. [CrossRef] [PubMed]

    5. Butkus, J.; Dennison, C ; Orr, A.; Laurent, M.S. Occupational Therapy with the Military Upper Extremity Amputee: Advances and Research Implications. Curr. Phys. Med. Rehabil. Rep. 2014,2,255-262. [CrossRef]

    6. Routhier, E; Vincent, C ; Morissette, M.J.; Desaulniers, L. Clinical results of an investigation of paediatric upper limb myoelectric prosthesis fitting at the Quebec Rehabilitation Institute. Prosthet. Orthot. Int. 2001, 25,119-131. [CrossRef] [PubMed]

    7. Bosnians, J.; Geertzen, J.; Dijkstra, P.U. Consumer satisfaction with the services of prosthetics and orthotics facilities. Prosthet. Orthot. Int. 2009, 33, 69-77. [CrossRef] [PubMed]

    8. Shim, J.-H.; Lee, Y.-H.; Lee, J.-M.; Park, J.M.; Moon, J.-H. Wrist-driven prehension prosthesis for amputee patients with disarticulation of the thumb and index finger. Arch. Phys. Med. Rehabil. 1998, 79, 877-878. [CrossRef]

    9. Nallegowda, M.; Singh, U.; Khanna, M.; Babbar, A. Temporary Upper Limb ALIMS Prostheses—A New Design. Indian J. Phys. Med. Rehabil. 2010,21,1—4.

    10. Bowker, J.H.; Michael, J.W.; Surgeons, A.A.O.O. Atlas of Limb Prosthetics: Surgical, Prosthetic, and Rehabilitation Principles; Mosby Year Book: Maryland Heights, MO, USA, 1992.

    11. Godymchuk, A.; Frolov, G.; Gusev, A.; Zakharova, O.; Yunda, E.; Kuznetsov, D.; Kolesnikov, E. Antibacterial Properties of Copper Nanoparticle Dispersions: Influence of Synthesis Conditions and Physicochemical Characteristics. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2015,98,012033. [CrossRef]

    12. Palza, H. Antimicrobial polymers with metal nanoparticles. Int. J. Mol. Sci. 2015,16,2099-2116. [CrossRef] [PubMed]

    13. Muwaffak, Z.; Goyanes, A.; Clark, V.; Basit, A.W.; Hilton, S.T.; Gaisford, S. Patient-specific 3D scanned and 3D printed antimicrobial polycaprolactone wound dressings. Int. J. Pharm. 2017,527,161-170. [CrossRef] [PubMed]

    14. Gadi, B.; Jeffrey, G. Copper as a Biocidal Tool. Curr. Med. Chem. 2005,12,2163-2175. [CrossRef]

    15. Liu, Y.; He, L.; Mustapha, A.; Li, H.; Hu, Z.Q.; Lin, M. Antibacterial activities of zinc oxide nanoparticles against Escherichia coli 0157:H7. J. Appl. Microbiol. 2009,107,1193-1201. [CrossRef] [PubMed]

    16. Zuniga, J.M.; Katsavelis, D.; Peck, J.; Stollberg, J.; Petrykowski, M.; Carson, A.; Fernandez, C. Cyborg beast: A low-cost 3d-printed prosthetic hand for children with upper-limb differences. BMC Res. Notes 2015, 8 ,10. [CrossRef] [PubMed]

    17. Zuniga, J.M.; Carson, A.M.; Peck, J.M.; Kalina, T; Srivastava, R.M.; Peck, K. The development of a low-cost three-dimensional printed shoulder, arm, and hand prostheses for children. Prosthet. Orthot. Int. 2016, 41,205-209. [CrossRef] [PubMed]

    18. Zuniga, J.M.; Peck, J.; Srivastava, R.; Katsavelis, D.; Carson, A. An Open Source 3D-Printed Transitional Hand Prosthesis for Children. }. Prosthet. Orthot. 2016,28,103-108. [CrossRef]

    19. Zuniga, J.M.; Peck, J.L.; Srivastava, R.; Pierce, J.E.; Dudley, D.R.; Than, N.A.; Stergiou, N. Functional changes through the usage of 3D-printed transitional prostheses in children. Disabil. Rehabil. Assist. Technol. 2017,1-7. [CrossRef] [PubMed]

    20. Mathiowetz, V.; Volland, G.; Kashman, N.; Weber, K. Adult norms for the Box and Block Test of manual dexterity. Am. J. Occup. Ther. Off. Publ. Am. Occup. Ther. Assoc. 1985, 39, 386-391. [CrossRef]

    21. Mathiowetz, V; Wiemer, D.M.; Federman, S.M. Grip and pinch strength: Norms for 6- to 19-year-olds. Am. J. Occup. Ther. Off. Publ. Am. Occup. Ther. Assoc. 1986,40, 705-711. [CrossRef]

    22. Dromerick, A.W.; Schabowsky, C.N.; Holley, R.J.; Monroe, B.; Markotic, A.; Lum, P.S. Effect of training on upper-extremity prosthetic performance and motor learning: A single-case study. Arch. Phys. Med. Rehabil. 2008, 89,1199-1204. [CrossRef] [PubMed]

    23. Demers, L.; Weiss-Lambrou, R.; Ska, B. Item analysis of the Quebec User Evaluation of Satisfaction with Assistive Technology (QUEST). Assist. Technol. Off. }. RESNA 2000,12, 96-105. [CrossRef] [PubMed]

    24. Patemo, L.; Ibrahimi, M.; Gruppioni, E.; Menciassi, A.; Ricotti, L. Sockets for Limb Prostheses: A Review of Existing Technologies and Open Challenges. IEEE Trans. Bio-Med. Eng. 2018, 65,1996-2010. [CrossRef] [PubMed]

    25. Yamada, R.; Nozaki, K.; Horiuchi, N.; Yamashita, K.; Nemoto, R.; Miura, H.; Nagai, A. Ag nanoparticle-coated zirconia for antibacterial prosthesis. Mater. Sci. Eng. CMater. Boil. Appl. 2017, 78,1054-1060. [CrossRef] [PubMed]

    26. Brenner, C.D.; Brenner, J.K. The Use of Preparatory/Evaluation/Training Prostheses in Developing Evidenced-Based Practice in Upper Limb Prosthetics. }. Prosthet. Orthot. 2008,20, 70-82. [CrossRef]

    27. Bryant, M.H.; Donahue, J.R.; Sweigart, J.F.; Hunter, J.M. A prosthesis to restore opposition in children with congenital absence of the hand. Assoc. Child. Prosthet.-Orthot. Clin. 1979,17,5-10.

    28. Rankin, T.M.; Giovinco, N.A.; Cucher, D.J.; Watts, G.; Hurwitz, B.; Armstrong, D.G. Three-dimensional printing surgical instruments: Are we there yet? J. Surg. Res. 2014,189,193-197. [CrossRef] [PubMed]

    29. Cohen, J.L. Understanding, Avoiding, and Managing Dermal Filler Complications. Dermatol. Surg. 2008, 34, S92-S99. [PubMed]



    © 2018 Джордж М. Зунига. Лицензия MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья имеет открытый доступ, распространяется в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY), веб-страница текста лицензии - http:// creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
    Есть вопросы?
    Наши специалисты с удовольствием Вас проконсультируют
    Made on
    Tilda