US-Forscher vom US Air Force Research Laboratory haben ein Patent für einen neuartigen Nasensimulator eingereicht. Dabei handelt es sich um ein Biohybrid-Modell und soll gegenüber bisherigen Modellen eine genauere Darstellung der physiologischen Atmungsfunktionen darstellen. Als Herstellungsverfahren für den Nasensimulator soll der 3D-Druck zum Einsatz kommen.

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Logo Air Force Research Laboratory (AFRL)Forscher des US Air Force Research Laboratory (AFRL) in Dayton, Ohio, haben eine Patentanmeldung für einen 3D-gedruckten Nasensimulator eingereicht. Dieses innovative Biohybrid-Modell der oberen Atemwege soll im Gegensatz zu typischen Nasengussmodellen eine genauere Darstellung physiologischer Atmungsfunktionen ermöglichen.

Die Erfinder Sabre Hussain und Angela Dixon von AFRL möchten mit dieser präzisen wissenschaftlichen Nachbildung des oberen Atmungssystems atembedingte Gefahren wie flüchtige organische Verbindungen, Hypoxie und Nanopartikel in der Luft untersuchen, um die Auswirkungen der Luftqualität auf die Atmungsphysiologie bewerten können. Das Patent trägt den Titel „Nose simulator with multisampling modes for airstreams evaluation“ und kann beim United States Patent and Trademark Office hier eingesehen werden.

Wahrheitsgetreue Nachbildung dank 3D- und CT-Scantechnologie

Nasensimulator
So könnte der von den US-Forschern konzeptionierte Nasensimulator aus dem 3D-Drucker aussehen. Seine Eigenschaften sollen deutlich besser sein als bisherige Nasensimulatoren (Bild © U.S. Air Force Research Laboratory; U.S. Aur Force Research Lab).

Die innere Anatomie der menschlichen Nase ist noch komplexer als zunächst angenommen. Während auch früher versucht wurde, eine Replikation der menschlichen Nasenhöhle zu erschaffen, waren nur sehr wenige biotechnologisch hergestellte Systeme präzise genug, die Feinheiten der Nasenhöhle nachzuahmen, um in fortgeschrittenen Studien verwendet zu werden.

Der Aufstieg der modernen 3D- und CT-Scantechnologie ermöglicht eine sehr wahrheitsgetreue Nachbildung, so basiert die Nase des AFRL auf diagnostischen Bildern einer echten menschlichen Nasenhöhle. Ihre Entwicklung erfolgte anschließend mit den Stratasys PolyJet- und Carbon DLS 3D-Druckern. Um dem Gerät eine autonome Atmungsfähigkeit zu verleihen, haben die Forscher auch ein Lüftersystem an die 3D-gedruckte Nase angeschlossen, um einen möglichst realistischen Luftstrom nachzuahmen.

In der Nase befindet sich eine Reihe von Luftstromsonden, mit denen verschiedene Parameter wie z. B. die Luftgeschwindigkeit, aber auch bestimmte Wechselwirkungen mit dem Nasengewebe erfasst werden können. Auf diese Weise wird festgestellt, wann und wo die eingeatmeten Partikel und Gase mit den Nasenspalten in Kontakt kommen.

» Mehr zum Thema: Über 60 zum Patent angemeldete 3D-Druck-Entwicklungen

3D-Druck in der US Air Force

Aufbau Nasensimulator
Zum Patent angemeldeter Aufbau des Nasensimulators. Seine Bauteile sollen mit 3D-Druck entstehen (Bild © U.S. Air Force Research Laboratory; U.S. Aur Force Research Lab).

Mit der Entwicklung lebensechter Robotergeräte bemühen sich die Forscher, die Leistungsgrenze für Bioengineering-Technologien höher zu legen. Der Nasensimulator ist nur ein weiteres von vielen 3D-Druckprojekten, die die US Air Force in den letzten Jahren realisiert hat. Der militärische Einsatz des 3D-Drucks bietet Zugang zu neuartiger Technologie und innovativen Ideen, sei es im Bereich der Medizin, Forschung oder Industrie.

Mithilfe von 3D-Druck wurden bereits zahlreiche medizinische Instrumente für den Einsatz in logistisch schwierigen Umgebungen entwickelt, in denen medizinische Versorgung mit herkömmlichen Methoden möglicherweise nicht immer möglich ist. Mittlerweile kommt der 3D-Druck auch im Bereich der On-Demand-Fertigung von Flugzeugteilen zum Einsatz, z. B. um Ersatzteile für alternde Flugzeuge herzustellen. Über die weitere Entwicklung berichten wir auch zukünftig im 3D-grenzenlos Magazin (Newsletter kostenlos abonnieren).

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