問題是，目前的導管都是標準的大小和形狀，這意味著它們不能滿足所有早產兒的需求。美國東北大學機械和工業工程系助理教授Randall Erb指出：“新生兒護理時，每個孩子都有不同的大小，每個寶寶都有各種不同的問題。如果你可以打印一個導管，它的幾何形狀是個體特異性的，那么你就可以把它插入到某一個臨界點，從而避免穿刺靜脈，還可以加速內容物的傳遞。”

    Erb的研究團隊開發出一種創新的3D打印技術，利用磁場域將復合材料——塑料和陶瓷的混合結構，塑造成患者特異性的產品。他們正在開發的生物醫學設備，其中包括導管，將比目前的模型更強大和更輕，有了這些定制設計，就可以確保更貼切的擬合。相關研究結果發表在十月二十三日的《Nature Communications》。

    回歸自然

    博士生Joshua Martin幫助設計并運行了這項研究的許多實驗，他說，其他人在三維打印時用復合材料。Erb和Martin說，他們這項技術的突出之處在于，使我們能夠控制陶瓷纖維是如何被安排的，因此控制著材料本身的機械性能。

    如果你正在制造具有復雜結構的設備，比如定制微型的生物醫療設備，那么這個控制是至關重要的。在一種患者特異性的設備中，轉角、曲線和孔洞，必須通過安排在正確配置的陶瓷纖維而得以加固，以使設備更加耐用。這是許多天然復合材料（從骨頭到樹狀結構）采用的策略。

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    考慮到人骨的結構。磷酸鈣的纖維——骨的礦物成分，自然圍繞著血管的孔洞，以確保骨骼的強度和穩定性，從而使你的股骨能夠承受每日慢跑。

    Martin解釋說：“我們效仿大自然，選取非常簡單的構建模塊，但是將它們組織起來的方式，會產生真正令人印象深刻的機械性能。”Erb和Martin的三維印刷法，利用磁性，使每個微小的纖維排列的方向，精確地符合打印道具的幾何形狀。

    Erb說：“我們現在合成生產的都是架構類。我們的另一個目標是，使用磷酸鈣纖維和生物相容性塑料，來設計外科植入物。”

    磁吸力

    磁性是他們這項3D打印技術中的決定性因素。最初，Erb是在2012年《Science》上發表的一篇論文中，描述了磁性在復合材料制作過程中的作用。

    研究人員首先“磁化”了陶瓷纖維，用氧化物非常輕松地粉化它們，Martin指出，氧化鐵已被FDA批準用于藥物傳遞應用。然后，他們將超低磁場應用到符合材料的各個部分——浸入液態塑料的陶瓷纖維，以按照他們打印產品的精確規格，來排列纖維。

    在《Science》這篇論文附帶的一個視頻中，你可以看到，磁場被打開時，纖維涌向一起。Erb說：“磁場是很容易應用的，它們是安全的，而且它們不僅能穿透我們的身體，也會穿透很多其他的材料。”

    最后，在一個稱為光固化快速成型（stereolithography）的過程中，他們用一種計算機控制的激光束硬化塑料，一層一層地構建了產品。每6×6英寸的層次，只需要一分鐘的時間來完成。

    Martin說：“我認為，我們的研究為材料科學研究，開辟了一個新的前沿。很長一段時間以來，研究人員一直想努力設計出更好的材料，但理論和實驗之間一直存在著差距。有了這項技術，我們終于進行了初步的研究，我們可以從理論上確定，一個特定的纖維結構可導致改良的機械性能，我們也可以生產這些復雜的架構。”