NASA heeft $ 1,13 miljoen toegekend aan onderzoekers van de Universiteit van Nebraska Omaha (UNO) en Chileens nanotechnologiebedrijf Koper3D om twee nieuwe recyclebare en antimicrobiële materialen voor productie in de ruimte te ontwikkelen en te testen. Volledig gefinancierd door NASA’s Opgezet programma om competitief onderzoek te stimuleren (EPSCoR), zal de samenwerking helpen bij het verkennen van nieuwe manieren om astronauten te beschermen tegen microbiële en parasitaire besmetting tijdens ruimtemissies, die met name toenemen in microzwaartekracht en besloten ruimtes.
Astronaut bij NASA’s ISS test 3D-printmaterialen. Afbeelding met dank aan Copper3D.
Door middel van deze subsidie worden twee nieuwe antimicrobiële materialen ontwikkeld door Copper3D, die vervolgens worden vervaardigd en getest op veiligheid op aarde in een replica van de Additieve productiefaciliteit (AMF), een commercieel productieplatform dat opereert binnen het International Space Station (ISS) in een lage baan om de aarde (LEO). Zodra de veiligheid van het materiaal is gevalideerd, zal het team de materialen voorbereiden voor lancering, gebruik, testen en terugkeer naar de aarde.
Onderzoekers van UNO’s Afdeling Biomechanica werkt samen met NASA en de fabrikant van 3D-printers Gemaakt in de ruimte (nu een dochteronderneming van ruimtevaartbedrijf) Rode draad en maker van de AMF in-space 3D-printer) om de afgedrukte representaties van de uiteindelijke in-space-apparaten of testcoupons te maken en post-tests uit te voeren van de antimicrobiële effectiviteit op aarde.
Werkingsmechanisme van op koper gebaseerde antimicrobiële polymeren. Afbeelding met dank aan Copper3D.
Als een van de onderzoekers die aan dit project meewerkte, beschreef Jorge Zuniga, hoogleraar 3D-geprinte protheses en orthesen van de UNO, het belang van nieuwe materialen, hulpmiddelen, medische hulpmiddelen en andere objecten met antimicrobiële eigenschappen in ruimtemissies. Daarnaast is de mededirecteur van de Biomechanica Rehabilitatie en productie-initiatief (BRMI) van UNO zei dat de meest veeleisende uitdagingen het vinden van oplossingen zijn om ruimtemissiebemanningen op lange termijn te helpen die lijden aan een “ontregeling van het immuunsysteem”, wat betekent dat een lichaam de immuunreacties niet kan beheersen.
Het belangrijkste is dat Zuniga zei dat ze naar oplossingen hebben gezocht voor bacteriën en virussen die de neiging hebben om resistenter te worden tegen microzwaartekracht, wat, toegevoegd aan de vorige factor, ruimtemissies van meer dan zes maanden in een baan om de aarde zeer riskant maakt.
Voorbeelden van antimicrobiële medische hulpmiddelen die 3D zijn geprint met Copper3D-materialen. Afbeelding met dank aan Copper3D.
Er moet volgens Zuniga echter nog een extra logistieke factor in het onderzoek worden meegenomen. Gezien de beperkte beschikbare ruimte op het ISS en andere toekomstige ruimteverkenningsstations, hebben bemande missies logistieke ondersteuningssystemen nodig die steeds meer autonoom en gedecentraliseerd zijn, zodat ze geen kostbare laadruimte voor voorraden en materialen hoeven op te gebruiken. Een van de beste oplossingen die de afgelopen jaren voor dit probleem zijn bedacht, is de 3D-printtechnologie. Idealiter zouden astronauten hun eigen reserveonderdelen en medische apparaten volledig on-demand kunnen produceren tijdens lange ruimtemissies.
Terwijl ruimteagentschappen en particuliere bedrijven de ruimtetechnologie voorbereiden die in-space, on-demand fabricage-apparaten zal leveren die duurzaam genoeg zijn voor verkenning van de ruimte, is Copper3D al begonnen met het opnemen van een paar concepten van circulariteit in hun onderzoek. Het idee is om hetzelfde materiaal meerdere keren te gebruiken voor verschillende toepassingen. Daarbij zou het materiaal verschillende recycling- en herfabricageprocessen moeten ondergaan zonder zijn antimicrobiële eigenschappen te verliezen. Dit zou op zijn beurt gewicht, tijd, bevoorradingsmissies en andere logistieke en medische complicaties besparen die toekomstige ruimtemissies veel haalbaarder en veiliger zouden maken.
Proces van 3D-printen en recyclen van antimicrobiële medische apparaten. Afbeelding met dank aan Copper3D.
De samenwerking tussen UNO en Copper3D heeft een geschiedenis van samenwerkingen met NASA, die in 2018 begon met financiering om Copper3D’s vlaggenschip antibacteriële 3D-printfilament in microzwaartekracht te testen. Het destijds gebruikte PLA heet PLACTIVE en integreert een gepatenteerd additief op basis van koperen nanodeeltjes die virussen en bacteriën kunnen verwijderen. Dan in 2019, financiering van de NASA Nebraska Space Grant office werd toegekend om de haalbaarheid te evalueren van het 3D-printen van een set medische apparaten voor astronauten onder omstandigheden zonder zwaartekracht.
Als pionier en wereldleider in antimicrobiële materialen en toepassingen voor de 3D-printindustrie, probeert Copper3D unieke problemen op te lossen in extreme omgevingen, waaronder ruimteverkenningsbases. Met betrekking tot de verwachtingen van deze studie en de toekomst van de technologie, zei Copper3D mede-oprichter en directeur innovatie Daniel Martínez dat de antimicrobiële 3D-printtechnologie van de startup snel meerdere impactgebieden heeft gevonden sinds de oprichting in 2017. Hij suggereerde ook dat de lopende samenwerking met UNO en NASA moedigt zijn team aan om door te gaan met het ontwikkelen van nieuwe materialen en antimicrobiële toepassingen “voor de grote toekomstige uitdagingen waarmee we te maken zullen krijgen in de strijd tegen virussen en bacteriën.”
“We geloven oprecht dat onze technologie infecties kan voorkomen en levens kan redden op wereldschaal, en we staan op het punt om dat ook op interplanetaire schaal te bewijzen”, onthulde Martínez.
creditSource link
