3Dプリントされたマイクロニードルが網膜の修復に役立ち、医療技術を大幅に向上させる

アトランタのダウンタウンにあるジョージア工科大学では、小さいながらも大きな可能性を秘めた革命が起こりつつある。ジョージア工科大学の電子工学ナノテクノロジー研究所 (IEN) は、ボストンマイクロファブリケーション (BMF) から高解像度のマイクロ 3D プリンターを購入し、ハイテク機器の保有数を拡大しました。この技術は2021年の導入以来、先駆的な研究とイノベーションを推進する上で重要な役割を果たしてきました。アンタークティック・ベアは、科学者たちがBMFのマイクロ3Dプリンターの精度を利用して、網膜を高精度にターゲットにした低侵襲性の薬剤送達用に設計されたマイクロニードルを開発していることを知りました。

△マイクロニードルによる眼内注射の模式図

この高解像度のマイクロ 3D プリンターは BMF Precision microArch S140 です。一般的なオフィスプリンターよりも小型ですが、微細加工の分野では巨人です。 microArch S140 は同研究所のマイクロ/ナノ製造施設 (MNF) に設置されており、ジョージア工科大学内外の研究者に開放されています。ジョージア工科大学の最先端の研究では、科学者たちが BMF マイクロ 3D プリンターの精度を利用して、網膜疾患の治療に革命をもたらし、視力障害を抱えて暮らす何百万人もの人々に希望をもたらす可能性のあるマイクロニードルを開発しています。

同大学の生体システムセンサー研究室では、このマイクロ 3D 印刷技術を使用して、生体組織とシームレスに統合し、身体機能をリアルタイムで監視し、人体に関する前例のない洞察を提供し、パーソナライズ医療の新しい分野を開拓できるセンサーを開発します。

精密印刷、精密な作業
BMF の CEO であるジョン・カウォラ氏はインタビューで、このコラボレーションについての見解を次のように語っています。「ジョージア工科大学は、微細加工研究の最前線に立っています。当社のマイクロ 3D 印刷技術を統合することで、研究者は限界を押し広げ、かつては不可能と思われていた規模のツールやデバイスを作成できるようになります。」

理論的な革新と実際の応用の間のギャップを埋めることは、常に技術進歩の基盤となってきました。 BMF の創設ストーリーはこのコンセプトを体現しています。同社は、アメリカの教授たちの学術的ビジョンと中国のパートナーたちの産業能力に根ざし、学者と協力によって共同で創設されました。BMF は 2017 年に深センで設立されました。

△ BMF CEO ジョン・カウォラ

創設者たちは、3D プリント業界において、極めて精密な小型アイテムの製造を必要とするマイクロ市場という、十分にサービスが提供されていない市場を特定しました。ナノテクノロジーは、信じられないほど微細なサブミクロン単位の微細加工が可能ですが、より広範な実用的用途向けにスケールアップすることはできません。 BMF のソリューションは、投影マイクロステレオリソグラフィー (PμSL) 技術を活用してこのギャップを埋め、小さく複雑な部品をより効率的に作成します。当初、この技術は多くの中国の大学の注目を集め、2020年のBMFの世界展開の基礎を築きました。 BMF の初期の動きはジョージア工科大学などとのコラボレーションへの道を開き、現在では小型で複雑なデバイスの分野で新たな境地に踏み込む準備ができています。

カウォラ氏は、医療におけるマイクロ 3D プリンティングに大きな可能性を見出しています。「私たちは、介入が非常に的を絞った、侵襲性が最小限の、ヘルスケア体験を根本的に変えるような未来を目の当たりにしています。」

小さな始まりから医学のマイルストーンまで
カウォラ氏は、マイクロファブリケーションの威力に興奮しており、「BMF のマイクロ 3D 印刷技術は、今日できることだけではなく、まだ想像もできないことを実現するものです。マイクロスケールの精度は、患者固有の生物学的特性に合わせたカスタマイズされたインプラント、組織工学、薬物送達システムへの扉を開きます。この将来のブレークスルーの可能性こそが、BMF の能力に対する関心の高まりを後押ししているのです」と述べています。

BMF の精密マイクロ 3D プリンティングに対する評判が高まるにつれ、同社の技術が研究や医療用途の発展にどれほど重要であるかがますます明らかになっています。これはカウォラ氏が「ネットワーク効果」と呼んでいるものです。 BMF がこのマイクロ学術分野で非常によく知られている主な理由は口コミです。その結果、カーネギーメロン大学、エモリー大学、ノースカロライナ州立大学、ペンシルベニア大学などの機関の著名な科学者たちも、研究を遂行するためにこれらのマイクロプリンターの潜在能力に頼っています。

△ BMFが開発したマイクロニードル

BMF テクノロジーが医療に及ぼす幅広い影響について尋ねられると、カウォラ氏は説得力のあるビジョンを次のように語ります。「すべての医療機器が特定の症状だけでなく個人に合わせて調整される世界を想像してみてください。それが私たちが構築しようとしている未来です。」これらの 3D プリンターによって達成されるミクロンレベルの精度のおかげで、その未来は手の届くところにあるようです。

複雑さの謎を解明する<br /> 単一の細胞で機能する小さな針のような複雑なものを印刷するのは難しいように思えるかもしれませんが、規模が小さいというだけで、通常の 3D 印刷と同じです。 BMF などのマイクロ 3D プリンターは、従来の 3D プリンターとほぼ同じように動作します。それでも、彼らはより上質な素材とより精密な動きを使って、肉眼では見えない物体を作り出します。

ジョージア工科大学は、画期的な方法で医学研究を前進させるために、極小 3D プリンターの力を活用しています。化学および生体分子工学のリージェント教授であるマーク・プラウスニッツ氏と薬物送達研究室の彼のチームは、眼内注射用のマイクロニードルの先駆者です。これらのマイクロニードルは、細胞と相互作用できるほど中が空洞で小さくなるように注意深く作られており、眼内の特定の領域に直接薬剤を送達するための侵襲性の低い方法を提供します。研究者らは、microArch S140 を使用して、マイクロニードルを非常に正確に誘導するために必要なコンポーネントを印刷しました。これにより、マイクロスケールでカスタマイズされた部品を製造し、眼内治療における薬物送達を改善できます。

△BMF S140

その他の研究<br /> 一方、同大学の生体システムセンサー研究所は医療診断の新たな可能性を模索している。彼らは、水頭症患者の頭蓋内圧を継続的に監視するための埋め込み型圧力センサーを開発しています。この高感度デバイスは、マイクロ流体チャネルの極めて精密な製造に依存しています。そこで研究者らは、microArch S140 を使用してこれらのチャネル用の精密な型を作成しました。カウォラ氏によると、このプリンターは約半日で6～8個の部品を製造できるという。さらに、同じ高解像度プリンターで、より幅広い薬物送達アプリケーション用のマイクロニードルを作成でき、従来の 3D プリンターでは再現できない複雑な形状のニードルアレイをより高速に製造できます。

ジョージア工科大学と BMF のコラボレーションは、チームワークとハイテクの進歩を示す素晴らしい例です。新しい機器を導入するだけではなく、学生や研究者が大胆に考え、発見できる環境を整えることが重要です。ジョージア工科大学のマイクロ 3D プリンターの登場は大きな前進であり、最小のツールでも大きな問題を解決できることを実証しています。将来的には、マイクロ 3D プリンティングが複雑なタスクの簡素化に役立つ可能性があります。

BMF

Boston Micro Fabrication (BMF) は、超高精度アプリケーション向けの高度な製造ソリューションを提供します。マイクロ精密 3D プリンターの大手メーカーとして、当社は解像度、正確性、精度という 3 つの主要分野で独自の優位性を持っています。

BMFは高精度マイクロ3Dプリンターを製造しています。同社の microArch システムは、PμSL (Projection Microstereolithography) と呼ばれる 3D 印刷方式を採用しています。この方式では、光、カスタマイズ可能な光学系、高品質のモーションプラットフォーム、制御された処理技術を活用して、製品開発、研究、産業用短期生産向けに業界で最も精密で高解像度の 3D 印刷物を生成します。これにより、製品メーカーは品質や規模を犠牲にすることなく 3D 印刷の利点を活用でき、まさに業界のブレークスルーとなります。

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