Terapie senza ago per la somministrazione di farmaci? E’ un traguardo raggiungibile grazie uno step superabile grazie alla microstampa 3D di precisione di Boston Micro Fabrication e dei vantaggi applicativi rilevabili specie in ambito medicale grazie all’utilizzo della micro-stereolitografia a proiezione.
I ricercatori dell’Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) hanno pensato a una soluzione che inietti senza ago, per somministrare farmaci attraverso la pelle utilizzando getti di liquido ad alta velocità.
Per introdurre con successo il liquido nella pelle umana, questi getti devono raggiungere velocità di circa 150 m/s.
Tuttavia, gli strumenti di produzione additiva attualmente a disposizione del team non erano in grado di realizzare le caratteristiche interne lisce e altamente precise necessarie per generare getti stabili ad alta velocità.
*Nell’immagine di copertina: da sinistra ugelli stampati con stampanti 3D di altra tecnologia e a destra stampa con sistemi di micro-precisione BMF.
LA SFIDA
Il prototipo si basa su un ugello di uscita cilindrico con diametro di 500 µm, attraverso il quale il fluido viene accelerato. La qualità della finitura delle pareti interne riveste un’importanza critica: anche variazioni della rugosità superficiale dell’ordine dei micrometri possono compromettere la stabilità del getto, limitarne la velocità e impedire il raggiungimento di prestazioni di penetrazione costanti e ripetibili. Le possibilità e le soluzioni di stampa 3D in-house di INAOE non garantivano una risoluzione sufficientemente elevata per realizzare tali geometrie su scala micrometrica con il livello di qualità superficiale necessario per l’esecuzione di test funzionali.
L’APPLICAZIONE
L’obiettivo era realizzare un’apertura di uscita su scala micrometrica in grado di generare getti stabili ad alta velocità, idonei alla somministrazione transdermica di farmaci. Il principale fattore limitante ai fini delle prestazioni era rappresentato dalla capacità di ottenere superfici interne uniformi e ripetibili all’interno di un canale di dimensioni così ridotte.
LA SOLUZIONE
Il team ha scelto di adottare la piattaforma di stampa 3D ad alta precisione micrometrica di Boston Micro Fabrication, sfruttando la tecnologia micro-stereolitografia a proiezione. La capacità di BMF di realizzare componenti con risoluzione estremamente elevata, finitura superficiale di livello superiore e notevole trasparenza del materiale ha consentito la produzione con successo del componente più critico dell’iniettore.
Per la prima volta, il team è stato in grado di fabbricare un ugello caratterizzato da un’accuratezza dimensionale sufficiente e da pareti interne adeguatamente lisce da soddisfare i requisiti prestazionali definiti nello studio.
IL PROCESSO
I ricercatori hanno presentato i progetti a BMF per la produzione, concentrandosi sul raggiungimento dei seguenti obiettivi:
- Uscite cilindriche di 500 µm di diametro con geometria uniforme e ripetibile
- Superfici interne ultra-lisce per favorire la stabilità del getto
- Chiarezza dei materiali a supporto della valutazione e della visualizzazione
- BMF ha stampato diversi prototipi, consentendo un confronto diretto tra i pezzi realizzati utilizzando le attrezzature già in possesso di INAOE.
RISULTATI
L’impatto del miglioramento della risoluzione di stampa e della qualità della superficie è stato immediato e notevole:
• I getti provenienti da parti stampate con INAOE hanno raggiunto velocità massime di circa 30 m/s
• I getti provenienti da parti stampate con BMF hanno raggiunto velocità fino a 200 m/s, utilizzando la stessa energia in ingresso
Grazie ai componenti stampati con la tecnologia BMF, il prototipo ha superato la soglia di 150 m/s necessaria per penetrare la pelle umana, un risultato precedentemente considerato irraggiungibile con i metodi di fabbricazione disponibili. Le prestazioni migliorate aprono la strada a ulteriori studi, riguardanti anche l’erogazione della dose e la stabilità del getto attraverso i diversi strati della pelle.
