Twee studenten van de School of Engineering en Applied Science ontwierpen een 3D-geprint systeem voor optische mapping, een toonaangevend hulpmiddel in cardiale elektrofysiologie dat wordt gebruikt om aritmiemechanismen te bestuderen. Het systeem kan worden geïmplementeerd voor een fractie van de kosten van in de handel verkrijgbare apparatuur.

Sofian Obaid, BS '18, een eerstejaars Ph.D. student, en Brianna Cathey, een senior afstudeerrichting biomedische technologie, hebben onlangs een paper gepubliceerd over hun 3D-geprinte systeem en bijbehorende data-analysesoftware in Wetenschappelijke rapporten . Hun ontwerpen kunnen worden gedownload en aangepast door onderzoekers die het hele systeem of slechts delen ervan willen repliceren, het verminderen van financiële en protocol-haalbaarheidsbarrières voor cardiale elektrofysiologische laboratoria en de bredere onderzoeksgemeenschap.

Werkend onder Igor Efimov, voorzitter van biomedische technologie en de Alisann en Terry Collins hoogleraar biomedische technologie, De heer Obaid en mevrouw Cathey kregen aanvankelijk de taak van postdoctoraal wetenschapper Sharon George, met 3D-printen van een enkel onderdeel voor een experiment. Dr. Efimov hield van hun idee en daagde hen uit om een ​​volledig optisch kaartsysteem te ontwerpen dat de flexibiliteit van onderzoeksprotocollen zou vergroten en financiële belemmeringen voor onderzoek zou verminderen.

De mogelijkheid om 3D-printen te doen heeft de technische creativiteit op veel gebieden gedemocratiseerd, maar het heeft vooral impact in de biomedische technologie, waar geavanceerde technische oplossingen nodig zijn om individuele patiënten te helpen, zei Dr. Efimov.

"Brianna en Sofian hebben door hun professionele groei als BME-studenten een pad aangetoond voor toekomstige studenten hoe ze ambitieus kunnen zijn en bestaande methoden in ons vakgebied kunnen uitdagen, " zei hij. "Samenwerkend met Dr. Sharon George en andere medewerkers, ze creëerden een raamwerk voor op maat gemaakte open source 3D-geprinte beeldvormingssystemen, één experimenteel onderzoek tegelijk. Het zal in de nabije toekomst alle biologen zonder technische achtergrond in staat stellen hun experimentele methoden te ontwerpen die zijn afgestemd op een biologisch fenomeen dat wordt onderzocht."

Bijvoorbeeld, een onderdeel van het traditionele systeem is een doos die is ontworpen om een ​​kleine spiegel in een hoek van 45 graden te houden. Als een onderzoeker die doos van ongeveer drie inch zou moeten vervangen, zou dat duizenden dollars kosten. In plaats daarvan, een ontwerp voor een onderdeel met dezelfde functie is beschikbaar om te downloaden en kan voor ongeveer $ 40 in 3D worden geprint.

"Met zulke kleine simpele dingen, je zou denken dat het geen probleem zou zijn om een ​​goedkope oplossing te vinden, maar onze experimenten vereisen specifieke omstandigheden om licht op de juiste manier te verzamelen en op de juiste manier te reizen om de beste gegevens te verkrijgen. "Zei mevrouw Cathey. "De mechanische onderdelen moeten eigenlijk aan veel eisen voldoen en aanpasbaar zijn aan speciaal bestelde dure optica."

Gebruikers kunnen nu ofwel specifieke delen van een kaartsysteem downloaden die ze willen repliceren of het hele systeem, die gespecialiseerde optische apparatuur ondersteunt, waaronder camera's, lenzen en spiegels. Onderzoekers kunnen bijna $ 21 besparen, 000 door een nieuw systeem in 3D te printen in plaats van er een te kopen die momenteel op de markt is.

Naast hogere kosten, commercieel gekochte systemen zijn ook typisch afgestemd op een specifieke lensgrootte en weefselpreparatie. Echter, het 3D-geprinte systeem geeft gebruikers de mogelijkheid om deze elementen te veranderen. Deze verandering zal onderzoekers ook helpen geld te besparen dat ze in plaats daarvan naar verschillende aspecten van hun werk kunnen leiden.

Mevr. Cathey en Dhr. Obaid werkten ongeveer anderhalf jaar aan het project voordat ze hun paper voor publicatie indienden. Het systeem heeft meer dan 55 verschillende onderdelen en het maken ervan was een uitdaging omdat de onderzoekers verschillende stappen vooruit moesten denken, overwegende hoe elke ontwerpbeslissing de algehele systeemfunctie zou beïnvloeden.

Meneer Obaid, die als student aan dit project heeft gewerkt, zei dat het doen van onderzoek hem ertoe aanzette om door te gaan met het nastreven van biomedische technologie als doctoraatsstudent. De heer Obaid werkt momenteel onder Luyao Lu in zijn geavanceerde bio-geïntegreerde elektronicalab.

"Het beste van mijn ervaring was dat ik mezelf nieuwe vaardigheden leerde en deze toepas om een ​​belangrijke onderzoeksmethode te verbeteren, " hij zei.

mevrouw Cathey, die van plan is om geneeskunde te gaan studeren na een tussenjaar, zei dat het doen van onderzoek haar een beter begrip gaf van de technische principes die ze bestudeerde. Ze sprak met dr. Efimov over haar betrokkenheid bij zijn lab als eerstejaarsstudent en heeft in de loop van de tijd meer verantwoordelijkheid gekregen.

"Dit project was een goede leerervaring om te zien wat voor soort toewijding er nodig is om een ​​zinvolle bijdrage te leveren aan het veld, " ze zei.

Mevr. Cathey hoopt in de toekomst klinisch toegepaste technische studies te doen. Ze is mede-oprichter van George Hacks en presenteerde onlangs op de jaarlijkse bijeenkomst van de American Association for the Advancement of Science over het bevorderen van sociale verandering door middel van innovatie.