Forscher an der University of Minnesota Twin Cities haben mit 3D-Druck einen neuartigen Lichtdetektor entwickelt. Über diesen wollen sie bei Lupus-Patienten den Zusammenhang zwischen Lichtmenge und Symptome korrelieren. Wir stellen die Arbeit der Forscher einmal genauer vor und wie 3D-Druck ihnen bei der Entwicklung des Lichtdetektors half.

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Forscher und Ärzte der University of Minnesota Twin Cities haben gemeinsam mit 3D-Druck ein lichtempfindliches medizinisches Gerät entwickelt, das direkt auf der Haut platziert Echtzeit-Feedback gibt, um die Lichtexposition mit Krankheitsschüben in Beziehung zu setzen. Patienten mit Lupus und anderen lichtempfindlichen Krankheiten könnten so Zugang zu personalisierten Behandlungen und Informationen erhalten, um herausfinden, was ihre Symptome verursacht.

Das Team hat seine Forschungsarbeit im Fachjournal Advanced Science in einem Artikel mit dem Titel „3D Printed Skin-Interfaced UV-Visible Hybrid Photodetectors“ veröffentlicht und zum Patent angemeldet.

Lupus und die Lichtempfindlichkeit

3D-gedruckter Lichtdetektor an Arm
Forscher aus den USA entwickeln 3D-gedruckten Lichtdetektor (im Bild), um Lupus-Patienten eine bessere Behandlung zu ermöglichen (Bild © McAlpine Group, University of Minnesota).

Laut GSK Deutschland gibt es in Deutschland 30.000 und weltweit mindestens 5 Mio. Patienten mit Lupus. Das Thema Lichtempfindlichkeit ist bei an Lupus erkrankten Personen weit verbreitet. Zwischen 40 und 70 Prozent der Menschen mit Lupus bemerken, dass die Sonneneinstrahlung oder auch künstliches Licht ihre Symptome wie Hautausschläge, Gelenkschmerzen und Müdigkeit verschlimmert.

Dermatologe Dr. David Pearson von der University of Minnesota Medical School und Co-Autor der Studie, sagte:

„Ich behandle viele Patienten mit Lupus oder verwandten Krankheiten, und klinisch ist es schwierig vorherzusagen, wann die Symptome der Patienten wieder aufflammen werden. Wir wissen, dass ultraviolettes Licht und in einigen Fällen sichtbares Licht ein Aufflackern von Symptomen verursachen kann – sowohl auf der Haut als auch im Inneren –, aber wir wissen nicht immer, welche Kombinationen von Lichtwellenlängen zu den Symptomen beitragen.“

3D-Druck eines UV-Licht-Detektors

Pearson holte sich Unterstützung von Michael McAlpine, Professor für Maschinenbau an der University of Minnesota, und seinem Team, um an der Suche nach einer Lösung für sein Problem mitzuarbeiten. Sie entwickelten ein vollständig mit einem 3D-Drucker herstellbares Gerät mit einem flexiblen Detektor für UV- und sichtbares Licht, das auf der Haut platziert wird und in eine speziell angefertigte tragbare Konsole integriert ist. So können das Team die Lichtexposition kontinuierlich überwachen und mit den Symptomen korrelieren.

McAlpine, Co-Autor der Studie, erklärt:

„Das Licht wird in elektrische Signale umgewandelt, um es zu messen, die dann in Zukunft mit den aufflammenden Symptomen des Patienten korreliert werden können.“

Die Entwicklung des Geräts ist laut McAlpine nicht einfach, da das 3D-gedruckte Gerät aus mehreren Materialschichten mit Elektroden und optischen Filtern besteht, die auf eine biokompatible Silikonbasis gedruckt werden. Filter können je nach zu bewertender Lichtwellenlänge ausgetauscht werden. Um UV-Licht zu sammeln und es in elektrische Signale umzuwandeln, setzte das Team auf Zinkoxid.

Details zum 3D-gedruckten Lichtdetektors aus der Arbeit der Forscher
Mit der Haut verbundenes Photodetektorsystem zur In-situ-Überwachung der Lichtintensität. A) Schematische Darstellung des Photodetektorarrays mit einer Konsole im Betrieb. B) Schema des 3D-gedruckten Photodetektor-Arrays. C) Schema der Konsole für das Überwachungssystem. D) Schematisches Blockdiagramm des Überwachungssystems. (Bild © Advanced Sciences).

Das Gerät und eine spezielle Konsole werden auf der Haut montiert, um die Daten zu erfassen und zu speichern. Das Forschungsteam hat die Genehmigung erhalten, mit der Erprobung des Geräts an Menschen zu beginnen. Der 3D-Druck-Prozess ist relativ kostengünstig. Ziel des Teams ist es, eines Tages einen einfachen und schnellen Zugriff auf das Gerät ohne die teuren Herstellungsprozesse herkömmlicher Geräte zu ermöglichen.

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