3d-биопечать в россии: новые горизонты

Что такое биопринтинг?

Биопринтинг — это направление трехмерной печати, специализирующееся на создании различных объектов (в первую очередь внутренних органов и тканей человека) из живых клеток. Биопринтинг развивается на стыке нескольких наук: био- и тканевой инженерии, биологии, медицины, ИТ-сферы, дизайна.

Эта научная область имеет очень большое значение для медицины, поскольку в потенциале может позволить восстанавливать частично поврежденные органы, а также создавать искусственные взамен утраченных. В фармацевтике биопринтинг позволит создавать небольшие опытные образцы для испытания различных медицинских препаратов, минуя исследования на животных.

В качестве «чернил» в биопринтере применяются так называемые тканевые сфероиды. Это шарообразные объединения клеток, сращенные друг с другом и представляющие собой микроткань.

В настоящее время уже появились первые бионические прототипы уха, носа, кожи, трахеи и некоторых других внутренних органов, созданные из человеческих клеток.

Убежище от стихий в Амстердаме — 8 кв. м

В 2015 году нидерландское бюро Dus Architects построило крошечный площадью 8 кв. м. Он находится в промышленном районе Амстердама, и его может арендовать любой желающий. Несмотря на небольшую площадь, в убежище есть веранда и диван, который превращается в двуспальную кровать. Ванная, тоже созданная на 3D-принтере, вынесена на улицу. Убежище построили из биопластика на основе льняного масла. Чтобы сделать устойчивый дом без тяжелых каркасов, инженеры сконструировали стены в виде пчелиных сот.

Фото: DUS Architects

«Городское убежище» — часть проекта по строительству временного функционального жилья. Власти Нидерландов надеются, что в будущем 3D-печать поможет обеспечить жильем жертв стихийных бедствий.

Бескаркасные подходы: биопечать

Еще одно направление — бескаркасные подходы с использованием трехмерных клеточных систем. Это технологии тканевых сфероидов и клеточных пластов, когда без использования материалов мы создаем трехмерную структуру с использованием различных подходов. Главная идея в том, что никаких дополнительных искусственных материалов в эту структуру не вносится.

Суть метода биопечати в том, что будущий орган формируется из двух основных компонентов: живых клеток и клеточной матрицы, моделирующей условия межклеточной среды и соединительной ткани.

Владимир Александрович Миронов – научный руководитель лаборатории 3D Bioprinting Solutions, профессор Университета Вирджинии, кандидат медицинских наук. Тканевый инженер, автор первой публикации о печати органов, он заложил основы развития биопринтинга во всем мире. Он же впервые создал целый орган, щитовидную железу, на принтере, который был разработан в компании 3D Bioprinting Solutions.

Выбор клеток для 3D-биопечати тканей или органов — важнейшее условие их правильного функционирования в созданном материале. В организме ткани и органы состоят из многочисленных типов клеток с особыми и необходимыми биологическими свойствами, что должны быть воспроизведены и в трансплантируемой ткани.

Откуда можно взять клетки? Костный мозг, жировая ткань, пульпа зуба, пуповинная кровь — все эти источники в 2019 году активно исследуется и сравниваются, какие лучше клетки подойдут для каких подходов. Источников клеток в нашем организме очень много, и правильное их использование может привести к тому, что мы сможем воссоздать любую ткань, которую захотим.

Существует также миф, что все стволовые клетки могут вызвать рак. Это не так. Только недифференцированные эмбриональные или индуцированные плюрипотентные стволовые клетки могут являться реальной прямой причиной развития опухоли и рака. Для остальных видов нет научных статей, подтверждающих этот миф. Часто используемые в клеточных технологиях мезенхимные стромальные клетки сами не дают начало опухолевым или раковым клеткам, но они имеют способность к миграции в опухоль, если она уже сформирована в организме. Продолжаются эксперименты с использованием клеток как носителей для доставки какого-то вещества в раковую опухоль. Если вводить клетки системно, то они будут концентрироваться в раковой опухоли и это может стать направленной доставкой какого-то лекарства в эту опухоль.

Как обустроить чудо: технологии, оборудование и материалы для 3d печати

Если перспективы создания бизнеса на основе использования 3d печати кажутся вам довольно привлекательными, значит, самое время заняться изучением матчасти.

Все 3d принтеры классифицируются по применяемой технологии печати. Вообще, существует множество технологий 3d печати. В принципе, любой процесс, при котором предмет создаётся слой за слоем, формально можно считать 3d печатью. Даже выполнение маникюра несколькими слоями разноцветного лака. Соответственно, материалы при этом тоже используются абсолютно разные: пластики, металлы, бумага, гипс, песок и даже шоколад. В общем, что только не используется. Но технологий, которые уже сейчас можно применить для построения бизнеса, гораздо меньше. Основных, например, всего три. Следовательно, классов «бизнесовых» принтеров тоже три: SLA, SLS и FDM принтеры.

Таблица: основные технологии 3d печати

Абсолютным лидером по соотношению цена-качество среди «домашних» принтеров сегодня являются FDM устройства.

FDM принтер — наиболее простое по конструкции и используемой технологии устройство для 3d печати, главными элементами которого являются платформа, экструдер и нить используемого пластика

Пластиков для 3d печати на FDM принтере в настоящее время существует внушительное количество. Они разнятся как по характеристикам и сферам применения, так и по требующимся от пользователя навыкам.

Таблица: наиболее популярные марки пластика для 3d печати

Наиболее распространёнными являются пластики марок ABS и PLA. Они выпускаются в неограниченном количестве цветов и в нескольких специальных вариантах: флуоресцентном, люминесцентном, токопроводящем, гибком и полупрозрачном. В общем, такой набор позволит воплотить любую причудливую идею и удовлетворит самый изысканный вкус.

Пластики для 3d печати отличаются широким разнообразием цветов и оттенков

Определившись с типом оборудования и материалами, можно перейти к расчёту экономической части.

Помощь IT-индустрии в период пандемии коронавируса

Множество компаний поддерживают медицинские учреждения в период пандемии COVID-19. Поставщики медицинского оборудования не справляются с нагрузкой, особенно это связано с защитными средствами (респираторы, маски, экраны). Во всем мире 3D печать стала оказывать реальную помощь, выражающуюся в производстве прототипа клапана, который устанавливается в респиратор. Поставщик Lonati SPA в Италии смог напечатать клапан из PA12. Производительность составляла от 100 штук в сутки, а цена была минимальная.

В Великобритании многие производители перестроились на изготовление оборудования для вентиляции легких. Одна из компаний изготавливала детали из металлов и полимеров, которые помогли в производстве зажимов, креплений и корпусов. Благодаря технологии лазерного спекания можно производить одновременно десятки деталей, не требующих обработки.

Компанией ProtoFab была разработана защитная маска из мягкого полипропилена высокого качества. Она имеет особую конструкцию, которая разделяет дыхание через рот и нос, удобна в использовании и устойчива к любой температуре. Благодаря сменным фильтрам маска прослужит долго.

В нашем блоге мы продолжим знакомить вас с темой внедрения 3d-печати в медицине. Следите за публикациями!

Статья опубликована 15.11.2019 , обновлена 28.09.2021

Оборудование, инвентарь

Компьютер – 25 тыс. руб., 3d принтер – 75 тыс. руб. При его покупке нужно учитывать возможность приобретения запчастей.

Бабины с пластиковой нитью 10 шт. – от 16 тыс. руб. Они бывают из нефтепродуктов (АБС-пластик) или из кукурузы и сахарного тростника (ПЛА-пластик). Лучше выбирать принтер, который использует оба вида.

Всего 116 тыс. руб.

Диаметр печатающего средства:

• 250 мк – дешевый принтер, который быстро печатает;
• 100 мк – подходит для домашнего использования;
• 50 мк – очень качественная печать, не заметная для глаза человека.

Размеры изделий:

• До 12 см3 – дешевый принтер;
• До 30 см3 – принтер от 3 тыс. долл. Весом до 5 кг.

Отдельные маленькие детали можно склеить в одну большую.

Цвет печати зависит от количества головок. Чем их больше, тем разнообразнее расцветки детали. Но часто цвет изделия не влияет на ее качество. Поэтому не обязательно выбирать самые дорогие модели. Детали можно покрасить или производить из нитей разного цвета.

Плюсы 3D-печати

Детали становятся легче

Это важно в авиастроении: сэкономленный вес можно использовать, например, для дополнительных пассажирских или багажных мест.
Экологичность. При создании деталей традиционным способом нужный элемент вырезают из куска металла, а остальное выбрасывают

Во время работы на 3D-принтере отходов практически нет.
Создание форм, которые невозможно воспроизвести другими способами.
Быстрая скорость создания деталей.

Стоит отметить, что на 3D-принтере вряд ли когда-нибудь будут печатать детали, которые дешево и быстро изготавливаются с помощью стандартных технологий.

5 фактов о 3D печати

1. На 3D принтере можно напечатать настоящий автомобиль. В фильме Skyfall про Джеймса Бонда некоторые сцены с погонями и авариями сняты с участием напечатанной на принтере машины Aston Martin DB5 в масштабе 1:3.

Для создания этой модели была привлечена немецкая компания Voxeljet, которая предоставила для съёмок 3 копии шпионского авто. Одна из них даже сохранилась и была впоследствии продана на аукционе за 100 000 фунтов стерлингов.2. Звёзды кино щеголяют в нарядах, напечатанных на 3D принтере. Дизайнер Майкл Шмидт и архитектор Фрэнсис Битонти создали с помощью принтера самое настоящее платье для фотомодели Диты фон Тиз, в котором она щеголяла на мероприятии в нью-йоркском Ace Hotel.3. Через несколько лет на 3D принтере можно будет распечатать человека целиком. На данный момент не проблема распечатать отдельные органы, кожу и кости. Успешное создание различных протезов, начиная от человеческого уха и заканчивая внутренними органами, позволяет надеятся, что первого распечатанного человека мы увидим своими глазами в этом веке.4. На 3D принтере можно распечатывать не только пластиковые модели. В зависимости от исходного материала, изделия могут быть керамическими, деревянными, титановыми, резиновыми или золотыми – всё зависит от твоей фантазии и модели принтера.5. 3D печать существует с 1980-х годов. В те годы Чаком Хиллом была изобретена технология стереолитографии. В ней применялись ультрафиолетовые лазеры для фиксации фотополимера, слой за слоем для создания законченной трёхмерной физической модели.

Какие секреты хранит микрогравитация

В 2019 году космическое агентство NASA на мышах изучало влияние невесомости на биологические объекты. На МКС грызуны быстро адаптировались к новой среде обитания и неожиданно начали «плавать» компанией по периметру клетки, будто развлекаясь. Такое нетипичное поведение ученые связывают с двумя причинами: тренировкой равновесия в условиях невесомости и игрой. Стресс, как одно из объяснений, исключили сразу, потому что после возвращения в земную лабораторию вес подопытных практически не изменился, шерсть была в отличном состоянии, а сами грызуны не демонстрировали никаких признаков волнения.

В космосе мыши провели 37 дней, что с учетом средней продолжительности жизни грызунов в неволе (2-3 года) — долгая миссия

(Видео: NASA)

И хотя вроде бы влияние невесомости на человеческий организм изучено достаточно глубоко, космонавты сами иной раз удивляются некоторым результатам пребывания в космосе. «Невесомость оказывает самое благоприятное воздействие на кожу. Космонавты говорят, старая кожа слезает практически слоями, на ее месте появляется новая, молодая, и она остается гладкой, так как в космосе влияние силы тяжести на нее гораздо меньше. Прилетаешь с МКС — кожа, как у младенца. — говорит Виталий Егоров, — Но потом под воздействием земных факторов все возвращается на место. Хотя я предполагаю, что эффект молодой кожи может быть связан с тем, что космонавты гораздо меньше подвержены солнечному свету, чем дома».

Невесомость еще способна удивить человечество и отворить ему двери в мир новых, возможно, неожиданных открытий. И пусть еще не придумали, как воссоздать длительную микрогравитацию на Земле, зато предложили решение, как в 10 раз удешевить доставку к ней в космос. С €1 млн до €100 тыс. снизил присутствие на МКС американский стартап Yuriy Gravity, который для исследований предлагает клиентам использовать многоразовую коробочку размером всего 10 кубических см., представляющую собой миниатюрную лабораторию. Ее вместе с материалом внутри (например, опухолевыми клетками) астронавты возьмут с собой на космическую станцию. Так опытным путем будет выяснено, как поведет себя определенное вещество или материя в невесомости. Участие экипажа не предполагается, все опыты осуществляются автоматически.

Особенности бизнеса. Влияние пандемии и перспективы развития

Интерес к 3D-печати в России возник примерно в 2005 году. Это был прорыв, четвёртая промышленная революция с технологией «быстрого» прототипирования. Соответственно, появились интересные перспективы, которые располагали к открытию бизнеса. 

Основные причины привлекательности 3D-печати две:

1. Возможность скопировать и воспроизвести редкий протопип;
2. Возможность протестировать новый прототип перед запуском серии.

Истории про технологии 3D-печати органов, еды и домов пока даже не вышли из разряда мифов. Я буду говорить о 3D-печати твердотельных изделий из пластика, его различных композитов и металла. Сейчас в России услуг по чистой 3D-печати ничтожно мало.

Если у вас будет дома «оркестр» из 3-5 принтеров, то вы сможете зарабатывать на 3D-печати шестерней и других несложных элементов до 100-200 тысяч рублей в месяц, а еще научитесь делать несколько дел одновременно и спать с любым уровнем шума. Разместите объявления на свободных сайтах этой тематики или «Авито» и принимайте первые заказы.

В таком случае первоначальные инвестиции могут составить около 50-70 тысяч рублей: 40 тысяч рублей на покупку принтера и комплектующих, 5 тысяч рублей на расходный материал-пластик, 10 тысяч рублей на продвижение (размещение объявлений).

Средний клиентский чек мастера с Авито около 1000-3000 рублей за заказ. Изделие выпускается, как правило, слоистое, из дешёвого пластика, могут быть неточности, нагары, шероховатости из-за простоты печатающего оборудования.

Более сложная бизнес-модель — использование нескольких технологий печати, например, FDM/FFF, SLA, DLP, SLS, SLM (фотополимерная печать, печать пластиком, полиамидом, спекание порошка). В основном так работают компании, которые занимаются как продажей 3D-оборудования, так и имеют свои демонстрационные залы и выполняют тестовую печать образцов. 

Мы тоже начинали с проектов, предусматривающих только 3D-печать.

Но мы стремимся к высокому качеству изготавливаемого продукта, и сейчас пришли к выводу, что для изготовления сложных, комплексных, масштабных проектов, по которым к нам обращаются крупные заказчики, требуется сочетание различных технологий, предусматривающих не только 3D-печать, но и литье, фрезеровку, резку, а также высокое мастерство по механической и художественной обработке изделий.

Сейчас у нас есть несколько цехов: цех по печати по FDM-технологии, цех SLA/DLP-технологии, цех фрезеровки и лазерной резки, художественный цех и сборочный.

Такие компании обладают достаточно большими мощностями. Именно они пригодились в пору пандемии, когда мы печатали клапаны для ИВЛ. Была даже попытка печати масок, но вскоре мы отказались от этой идеи. 3D-печать была спасением в быстром производстве комплектующих медицинских аппаратов. 

Кроме того, с точки зрения изготовления креативных вещей, 3D-печать — находка. Большое будущее у тех изобретателей, которые смогли ее освоить, понять все нюансы. А нюансов достаточно много. Сейчас представлено свыше 50 технологий 3D-печати, оборудование постоянно совершенствуется, появляется печать сложными пластиками.

Есть уже бюджетные пластики из карбона, угленаполненный пластик. А обладая еще и смежными технологиями производства, такими как литье, фрезеровка, резка, компании могут произвести из пластика все, что пожелают.

У технологии 3D-печати большие перспективы развития. Единственное, нужно понимать, на какой рынок работать.

С одной стороны, 3D-печать нужна почти в каждой отрасли производства. Например, в машиностроении, строительстве, легкой промышленности для создания прототипов, а иногда и рабочих деталей, в здравоохранении для создания ортезов, прототипов протезов и имплантов, стоматологических моделей, в образовании для развития пространственного мышления, в бытовой сфере для создания сломанных деталей и др.

Несмотря на то, что 3D-печать очень интересна и развивается в России уже лет 15, рынок находится все еще в зачаточном состоянии. Есть очень много мастеров, а настоящих профессионалов можно пересчитать по пальцам.

Основные преимущества и недостатки технологии 3D-печати в сравнении с традиционными способами

Преимущества 3D-печати заключаются в неограниченных возможностях. Смоделировав любой предмет, можно его увидеть уже через несколько часов. Традиционным способом изготовить будет гораздо дольше и затратнее.

Напечатанные изделия на Raise3D E2

Также не малую роль играет финансовая выгода в изготовлении. Чтобы на заводе запустить линию по производству нужны новое оборудование, мастер-модели, проекты и многое другое. В 3D-печати достаточно сделать 3D-модель в программе и запустить в печать.

У нас есть случаи, когда завод изначально хотел заказать мастер-модель для последующего самостоятельного литья, но увидев качество печати и стоимость изготовления, отказался от этой идеи и стал заказывать партии изделий, изготовленные посредством 3D-печати.

Приспособления для пайки

Среди недостатков: долгая печать, периодически возникающие сбои печати, брак деталей, но брак не исключен на любом производстве. 

3D-печать позволяет экономить деньги и время

3D-печать, безусловно, выгодна и обычным потребителям, и предприятиям, заводам.

Если на предприятии сломается деталь в производственном оборудовании, заменить ее очень непросто, но 3D-принтер поможет быстро решить эту задачу.

Для заводов же особая выгода, так как любые расходники для оборудования зачастую стоят огромных денег и требуют времени на заказ партии на другом заводе. Компания делает их по доступной стоимости серийным производством.

Частным клиентам с помощью 3D-принтеров удалось дать новую жизнь их приборам, инструментам, оборудованию. Ведь зачастую многие детали уже не производят, а если и производят, то реализуют в комплекте, что иногда выходит дорого. Мы же за небольшую стоимость им изготавливаем деталь, которая решает все проблемы.

Подщечник на приклад из PLA пластика

3D-оборудование для воплощения проектов заказчиков

В мастерской два принтера Raise3D. N2 был приобретен в 2018 году, в то время мы только начинали свой путь в 3D-печати и разбирались в данной сфере. Работа с ним не вызвала сложностей

Все было понятно, удобно и, что немаловажно, русифицировано

Позже был приобретен Raise3D Е2 и с ним мы узнали, что такое идеальное качество печати. После печати деталей на этом принтере, клиенты уже не хотели заказывать печать на других. Многие при заказе пишут комментарии, что печать нужно выполнить именно на данном принтере, даже если придется подождать.

3D-принтеры в мастерской

У принтеров 2 экструдера, что дает возможности двухцветной печати. Е2 позволяет печатать сразу двумя экструдерами две детали без увеличения времени печати, к тому же, и разными цветами, иногда это очень нужная функция. Еще у этого принтера просто отличный дизайн, открывающиеся отсеки сверху и спереди дают хороший доступ к рабочей поверхности принтера. И, конечно же, очень удобно, что данная модель имеет съёмную поверхность стола, с которой легко снять детали.

Мы очень довольны их работой, качеством и долгой службой без замены деталей.

Главная проблема для роста бизнеса 3D-печати. Влияние пандемии

Пока главной проблемой роста бизнеса является низкая платежеспособность населения региона (студия 3D-печати находится в г. Курган). Стоимость поднять пока невозможно, так как услуги станут недоступными для населения и, зная ситуацию в стране и в своем регионе, мы идем навстречу своим потребителям.

Второй проблемой является незнание людей о том, что такое 3D-печать и как ее можно использовать. Но чем дольше мы работаем, тем больше узнают о нас, о таких же компаниях как мы, о возможностях и внедряют 3D-печать в повседневную жизнь.

Плата Реле M2M-1S

Также пандемия наложила свой след на все сферы бизнеса. Кто-то смог в разы повысить свои доходы, кто-то совсем не выдержал всех мер ограничения и закрылся. У нас, конечно же, упали показатели из-за того, что долгое время людям нельзя было нарушать карантин и самоизоляцию, а нам запрещали находиться в офисном центре. На заводах сотрудники находились на удаленке, что также повлияло на заказы.

Но мы все выдержали, в 2021 году начали работу с новыми силами и вдохновением и надеемся, что третья волна нас уже не подкосит, ведь работать с нами можно полностью удаленно.

Перспективы развития бизнеса

Перспективы развития мы видим во внедрении 3D-печати на все заводы нашего региона и не только. Спрос со стороны предприятий растет, что не может не радовать.

Также мы начинаем разработку направления декора интерьера. Сейчас очень популярны нестандартные украшения для дома. 3D-печать в этом деле незаменима.

Роль дизайнера в биопринтинге

Какую же роль занимает дизайнер в биопринтинге?

Для того чтобы создать искусственный орган или ткань, вначале необходимо разработать их макет, и эта задача лежит на дизайнере. Для этого, кроме навыков проектирования, ему понадобится хорошее знание биологии и анатомии, а также физики и математики.

Компьютерная модель будущего органа должна отражать все анатомические и тканевые особенности будущего органа, в том числе сосудистый рисунок. Кроме того, необходимо рассчитать физические и математические параметры макета.

Для такой работы необходима специальная компьютерная программа, которая позволяет моделировать объекты на клеточном и молекулярном уровнях, прорабатывать возможные варианты их взаимодействия и производить необходимые вычисления.

Что можно печатать на 3D-принтере?

На фото: обод для DIY-очистителя воздуха с угольным наполнением.

Вы удивитесь, но напечатать можно практически все. Единственное, чем вы ограничены — площадью печати.

У моих, собранных самостоятельно, 3D-принтеров область печати составляет: 200 мм х 200 мм х 160 мм и 300 мм х 300 мм х 280 мм. В такие размеры можно вписать практически любой предмет. Игрушки, механические части, элементы интерьера, компоненты для сломанных бытовых приборов, всевозможные крючки, подставки — список можно продолжать бесконечно.

А те модели, что не помещаются на столике 3D-принтера, можно разрезать на части и затем склеить. Поверьте опыту, место шва при должной обработке практически невозможно разломать.

Приведу лишь несколько примеров из жизни, когда 3D-печать позволила не только решить бытовые проблемы, но и неплохо сэкономить:

На фото: та самая заглушка от шлема.

и это лишь малая часть того, что было распечатано.

Чтобы вам было понятнее, на что вообще способна печать, полистайте модели на сайте ThingiVerse. Все, что вы найдете там, уже кто-то печатал.

2016

Старт проекта «Магнитный 3D-биопринтер»

По информации 3D Bioprinting Solutions, проект «Магнитный 3D-биопринтер» стартовал в 2016 году, когда было подписано соглашение с РКК «Энергия» (госкорпорация Роскосмос) о проведении эксперимента на российском сегменте МКС

Ученым было важно проанализировать, как влияет космическая микрогравитация на эффективность процесса создания живых тканей и органных конструктов

Рабочий прототип

Рабочий прототип биопринтера появился осенью 2016 года, после чего начались его испытания, включавшие пробные работы в невесомости.

Для имитации космических условий в пределах земной лаборатории ученые воспользовались сверхмощной магнитной установкой университета Неймегена (Нидерланды), с помощью которой создавался эффект микрогравитации (индукция использовавшихся при эксперименте магнитов составляет 19 тесла). Для финансирования данного испытания компанией 3D Bioprinting Solutions был получен грант Евросоюза. По итогам испытания разработчики увидели, каким образом принтер будет вести себя на МКС, и произвели все необходимые настройки.

Похожие записи:

Справка с места работы от ип — образец заполнения (2021) Топ-10 киберспортивных игр по прибыльности за первые 5 месяцев 2019 года Аутсорсинг Услуга резервирования расчётного счёта для ип и ооо онлайн 5 вдохновляющих историй бизнесменов и лидеров, которым когда-то отказали Организация потребительского кооператива: членство, устав, формирование капитала