Dos estudiantes de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas diseñaron un sistema impreso en 3-D para mapeo óptico, una herramienta líder en electrofisiología cardíaca utilizada para estudiar los mecanismos de arritmia. El sistema se puede implementar por una fracción del costo de los equipos disponibles comercialmente.

Sofian Obaid, B.S. '18, un doctorado de primer año estudiante, y Brianna Cathey, un senior con especialización en ingeniería biomédica, publicó recientemente un artículo sobre su sistema impreso en 3-D y el software de análisis de datos que lo acompaña en Informes científicos . Sus diseños pueden ser descargados y modificados por investigadores que deseen replicar todo el sistema o solo partes de él. Reducir las barreras de viabilidad financiera y de protocolo para los laboratorios de electrofisiología cardíaca y la comunidad de investigación en general.

Trabajando con Igor Efimov, catedrático de ingeniería biomédica y el profesor Alisann y Terry Collins de ingeniería biomédica, El Sr. Obaid y la Sra. Cathey fueron inicialmente asignados por la científica postdoctoral Sharon George, con impresión 3D de una sola pieza para un experimento. Al Dr. Efimov le gustó la idea y los desafió a diseñar un sistema de mapeo óptico completo que aumentaría la flexibilidad del protocolo de investigación y reduciría las barreras financieras para la investigación.

La capacidad de realizar impresiones en 3D ha democratizado la creatividad de la ingeniería en muchos campos, pero es especialmente impactante en ingeniería biomédica, donde se necesitan soluciones de ingeniería sofisticadas para ayudar a pacientes individuales, Dijo el Dr. Efimov.

"Brianna y Sofian han demostrado a través de su crecimiento profesional como estudiantes de BME un camino para los futuros estudiantes cómo ser ambiciosos y desafiar los métodos existentes en nuestro campo, ", dijo." Trabajando con la Dra. Sharon George y otros colaboradores, crearon un marco para sistemas personalizados de imágenes impresas en 3D de código abierto, un estudio experimental a la vez. Permitirá en un futuro próximo a cualquier biólogo sin experiencia en ingeniería diseñar sus métodos experimentales adaptados a un fenómeno biológico bajo investigación ".

Por ejemplo, Un componente del sistema tradicional es una caja diseñada para sostener un pequeño espejo en un ángulo de 45 grados. Si un investigador necesitara reemplazar esa caja de aproximadamente tres pulgadas, costaría miles de dólares. En lugar de, un diseño para una pieza con la misma función está disponible para descargar y puede imprimirse en 3D por alrededor de $ 40.

"Con pequeñas cosas sencillas como esa, pensaría que no sería un problema encontrar una solución barata, pero nuestros experimentos requieren condiciones específicas para que la luz se recopile correctamente y viaje de la manera correcta para adquirir los mejores datos, "La Sra. Cathey dijo." Las partes mecánicas en realidad deben cumplir con muchos requisitos y ser adaptables a ópticas de alto costo por pedido especial ".

Los usuarios ahora pueden descargar partes específicas de un sistema de mapeo que desean replicar o el sistema completo, que admite equipos ópticos especializados, incluidas cámaras, lentes y espejos. Los investigadores podrían ahorrar casi $ 21, 000 mediante la impresión 3D de un nuevo sistema en lugar de comprar uno actualmente en el mercado.

Además de mayores costos, Los sistemas comprados comercialmente también se adaptan típicamente a un tamaño de lente y preparación de tejido específicos. Sin embargo, el sistema impreso en 3-D ofrece a los usuarios la posibilidad de cambiar estos elementos. Este cambio también ayudará a los investigadores a ahorrar dinero que, en cambio, pueden canalizar hacia diferentes aspectos de su trabajo.

La Sra. Cathey y el Sr. Obaid trabajaron en el proyecto durante aproximadamente un año y medio antes de enviar su artículo para su publicación. El sistema tiene más de 55 partes distintas y crearlo fue un desafío porque los investigadores tuvieron que pensar varios pasos por delante, considerando cómo cada decisión de diseño afectaría la función general del sistema.

Sr. Obaid, que trabajó en este proyecto como estudiante, dijo que la investigación lo llevó a seguir estudiando ingeniería biomédica como estudiante de doctorado. El Sr. Obaid trabaja actualmente con Luyao Lu en su laboratorio avanzado de electrónica biointegrada.

"La mejor parte de mi experiencia fue enseñarme nuevas habilidades y aplicarlas para mejorar un método de investigación importante, " él dijo.

Sra. Cathey, que planea asistir a la escuela de medicina después de tomar un año sabático, dijo que la investigación le dio una comprensión más completa de los principios de ingeniería que estaba estudiando. Habló con el Dr. Efimov sobre su participación en su laboratorio como estudiante de primer año y ha asumido más responsabilidades con el tiempo.

"Este proyecto ha sido una buena experiencia de aprendizaje para ver qué tipo de compromiso se necesita para hacer una contribución significativa al campo, " ella dijo.

La Sra. Cathey espera hacer estudios de ingeniería aplicados clínicamente en el futuro. Es cofundadora de George Hacks y recientemente se presentó en la reunión anual de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia sobre la promoción del cambio social a través de la innovación.