Toward 3D printed microfluidic artificial lungs for veteran rehabilitation

面向退伍军人康复的 3D 打印微流体人工肺

基本信息

  • 批准号:
    9922672
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-07-01 至 2020-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The long-term goal of this technology development project is improve the rehabilitation of veterans suffering from lung diseases through the development of the first truly portable, biocompatible, artificial lung capable of short and long term respiratory support. Artificial lungs are currently used to rehabilitate lung disease patients; however, significant advances in gas exchange, biocompatibility, and portability are required to fully realize their potential. Microfluidic artificial lungs promise to enable a new class of truly portable artificial lungs through feature sizes and blood channel designs that more closely mimic those found in their natural counterpart. Our small-scale microfluidic artificial lungs achieved the highest gas exchange efficiency of any artificial lung to date. Their lifetimes were significantly improved through the application of biocompatible surface coatings. Initial in vivo demonstrations were performed in an animal (rat) model. However, current microfabrication techniques limit the microfluidic networks in these devices to two dimensions, thereby severely limiting potential device topologies and resulting in inefficient blood distribution networks. Further, current construction techniques may not be suitable for the large area production required for human applications. In this study, we will for the first time harness high resolution 3D polymer printing technology to create large area microfluidic lungs with truly three dimensional blood flow networks and topologies. Constructed 3D printed microfluidic artificial lungs will exhibit gas exchange suitable for some human applications, while using a fraction of the blood contacting surface area, blood volume, and total volume of current commercial devices. The objectives of the current technology-development SPiRE proposal are thus to: 1) Determine optimal 3D printing parameters for microfluidic artificial lungs; and, 2) Construct and test the first 3D printed microfluidic artificial lung in the laboratory using whole animal blood. At the conclusion of this study, we will be ready to test our 3D printed microfluidic artificial lungs in a large animal model. The listed objectives are thus critical to advancing this promising technology towards initial acute systems for veteran pulmonary rehabilitation.
该技术开发项目的长期目标是改善遭受痛苦的退伍军人的康复 通过开发第一个真正便携式、生物相容性的人工肺,摆脱肺部疾病的困扰 短期和长期呼吸支持。人工肺目前用于肺病患者的康复; 然而,要完全实现,还需要在气体交换、生物相容性和便携性方面取得重大进展 他们的潜力。微流控人工肺有望通过以下方式实现新型真正便携式人工肺: 特征尺寸和血液通道设计更接近于自然对应物的模仿。我们的 小型微流体人工肺实现了所有人工肺中最高的气体交换效率 日期。通过应用生物相容性表面涂层,它们的使用寿命显着提高。 最初的体内演示是在动物(大鼠)模型中进行的。然而,目前的微细加工 技术将这些设备中的微流体网络限制为二维,从而严重限制了 潜在的设备拓扑并导致血液分配网络效率低下。此外,目前的建设 技术可能不适合人类应用所需的大面积生产。在这项研究中,我们 将首次利用高分辨率3D聚合物打印技术制造大面积微流控 具有真正三维血流网络和拓扑的肺部。构建的 3D 打印微流控 人工肺将表现出适合某些人类应用的气体交换,同时使用一小部分 当前商业设备的血液接触表面积、血液量和总体积。目标 因此,当前技术开发 SPiRE 提案的目的是: 1) 确定最佳 3D 打印 微流控人工肺参数; 2) 构建并测试第一个 3D 打印微流控人工体 在实验室中使用动物全血进行肺。在本研究结束时,我们将准备好测试我们的 3D 在大型动物模型中打印微流体人工肺。因此,列出的目标对于推进目标至关重要 这项有前途的技术有望用于退伍军人肺康复的初始急性系统。

项目成果

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