Deux étudiants de l'École d'ingénierie et de sciences appliquées ont conçu un système imprimé en 3D pour la cartographie optique, un outil de premier plan en électrophysiologie cardiaque utilisé pour étudier les mécanismes de l'arythmie. Le système peut être mis en œuvre pour une fraction du coût des équipements disponibles dans le commerce.

Sofian Obaid, B.S. '18, un doctorat de première année. étudiant, et Brianna Cathey, un senior spécialisé en génie biomédical, a récemment publié un article sur leur système imprimé en 3D et le logiciel d'analyse de données qui l'accompagne dans Rapports scientifiques . Leurs conceptions peuvent être téléchargées et modifiées par les chercheurs qui souhaitent reproduire l'ensemble du système ou seulement des parties de celui-ci, réduire les obstacles financiers et de faisabilité des protocoles pour les laboratoires d'électrophysiologie cardiaque et la communauté de recherche au sens large.

Travaillant sous Igor Efimov, chaire de génie biomédical et professeur Alisann et Terry Collins de génie biomédical, M. Obaid et Mme Cathey ont été initialement chargés par la chercheuse postdoctorale Sharon George, avec impression 3D d'une seule pièce pour une expérience. Le Dr Efimov a aimé leur idée et les a mis au défi de concevoir un système de cartographie optique complet qui augmenterait la flexibilité du protocole de recherche et réduirait les barrières financières pour la recherche.

La possibilité de faire de l'impression 3D a démocratisé la créativité en ingénierie dans de nombreux domaines, mais il est particulièrement impactant en génie biomédical, où des solutions d'ingénierie sophistiquées sont nécessaires pour aider les patients individuels, dit le Dr Efimov.

"Brianna et Sofian ont démontré à travers leur croissance professionnelle en tant qu'étudiants de premier cycle BME un chemin vers les futurs étudiants comment être ambitieux et remettre en question les méthodes existantes dans notre domaine, " dit-il. " En travaillant avec le Dr Sharon George et d'autres collaborateurs, ils ont créé un cadre pour les systèmes d'imagerie imprimés en 3D open source personnalisés, une étude expérimentale à la fois. Il permettra dans un futur proche à tout biologiste sans formation en ingénierie de concevoir ses méthodes expérimentales adaptées à un phénomène biologique en cours d'investigation."

Par exemple, l'un des composants du système traditionnel est une boîte conçue pour contenir un petit miroir à un angle de 45 degrés. Si un chercheur devait remplacer cette boîte d'environ trois pouces, cela coûterait des milliers de dollars. Au lieu, un design pour une pièce avec la même fonction est disponible en téléchargement et peut être imprimé en 3D pour environ 40 $.

"Avec des petites choses simples comme ça, on pourrait penser que ce ne serait pas un problème de trouver une solution bon marché, mais nos expériences nécessitent des conditions spécifiques pour que la lumière soit correctement collectée et voyage dans le bon sens pour acquérir les meilleures données, " a déclaré Mme Cathey. " Les pièces mécaniques doivent en fait répondre à de nombreuses exigences et être adaptables à des optiques spéciales à coût élevé commandées. "

Les utilisateurs peuvent désormais télécharger des éléments spécifiques d'un système de cartographie qu'ils souhaitent reproduire ou l'ensemble du système, qui prend en charge les équipements optiques spécialisés, y compris les caméras, lentilles et miroirs. Les chercheurs pourraient économiser près de 21 $, 000 en imprimant en 3D un nouveau système au lieu d'en acheter un actuellement sur le marché.

En plus des coûts plus élevés, les systèmes achetés dans le commerce sont également généralement adaptés à une taille de lentille et à une préparation de tissu spécifiques. Cependant, le système imprimé en 3D donne aux utilisateurs la possibilité de modifier ces éléments. Ce changement aidera également les chercheurs à économiser de l'argent qu'ils pourront plutôt consacrer à différents aspects de leur travail.

Mme Cathey et M. Obaid ont travaillé sur le projet pendant environ un an et demi avant de soumettre leur article pour publication. Le système comporte plus de 55 parties distinctes et sa création a été un défi car les chercheurs ont dû réfléchir plusieurs étapes à l'avance, en tenant compte de l'impact de chaque décision de conception sur la fonction globale du système.

M. Obaid, qui a travaillé sur ce projet en tant qu'étudiant de premier cycle, a déclaré que ses recherches l'avaient poussé à poursuivre ses études en génie biomédical en tant qu'étudiant au doctorat. M. Obaid travaille actuellement sous Luyao Lu dans son laboratoire d'électronique bio-intégrée avancée.

"La meilleure partie de mon expérience a été de m'apprendre de nouvelles compétences et de les appliquer pour améliorer une méthode de recherche importante, " il a dit.

Mme Cathey, qui envisage de fréquenter une faculté de médecine après avoir pris une année sabbatique, a déclaré que faire des recherches lui avait permis de mieux comprendre les principes d'ingénierie qu'elle étudiait. Elle a parlé au Dr Efimov de son implication dans son laboratoire en tant qu'étudiante de première année et a assumé de plus en plus de responsabilités au fil du temps.

"Ce projet a été une bonne expérience d'apprentissage pour voir quel type d'engagement il faut pour apporter une contribution significative au domaine, " elle a dit.

Mme Cathey espère faire des études d'ingénierie cliniquement appliquées à l'avenir. Elle est co-fondatrice de George Hacks et a récemment fait une présentation à la réunion annuelle de l'American Association for the Advancement of Science sur la promotion du changement social par l'innovation.