Sebuah tim peneliti dari CU Boulder dan Universitas Pennsylvania telah membuat kemajuan besar dalam mengembangkan bahan yang mirip dengan kehidupan yang dapat menggantikan dan memperbaiki bagian tubuh manusia. Mereka telah mengembangkan metode baru pencetakan 3D yang menciptakan bahan yang secara bersamaan cukup tangguh untuk menahan detak jantung yang terus menerus, cukup kuat untuk menanggung tekanan pada persendian, dan mudah dibentuk untuk beradaptasi dengan cacat unik pasien.
Proses yang baru dikembangkan, yang dipresentasikan dalam jurnal Science, memungkinkan produksi bahan yang secara ideal dapat beradaptasi dengan bentuk dan regangan jaringan manusia. Bahan-bahan ini tidak hanya cukup kuat untuk menopang berat sendi, tetapi juga cukup elastis untuk menahan gerakan jantung yang konstan. Sifat-sifat ini sangat penting untuk aplikasi di bidang medis, di mana fleksibilitas dan kekuatan diperlukan secara bersamaan.
“Jaringan jantung dan tulang rawan memiliki kesamaan dalam hal kemampuannya untuk memperbaiki diri sendiri. Ketika mereka rusak, tidak ada jalan untuk kembali,” kata penulis senior Jason Burdick, seorang profesor teknik kimia dan biologi di CU Boulder’s BioFrontiers Institute. “Dengan mengembangkan bahan baru yang lebih tangguh untuk meningkatkan proses perbaikan tersebut, kita dapat memberikan dampak yang besar bagi pasien.”
Salah satu inovasi utama dari penelitian ini adalah pengembangan proses pencetakan 3D baru yang disebut CLEAR (Continuous-curing after Light Exposure Aided by Redox initiation). Proses ini memungkinkan penciptaan struktur molekul yang berperilaku mirip dengan rantai yang terjalin, menghasilkan kekuatan dan elastisitas yang jauh lebih tinggi. Struktur ini mengingatkan kita pada “gumpalan cacing”, di mana cacing terjalin dalam ruang tiga dimensi dan menunjukkan sifat padat dan cair.
Para peneliti menguji material baru ini dalam berbagai skenario beban dan menemukan bahwa material ini jauh lebih tahan dibandingkan dengan material cetak 3D konvensional. Salah satu pengujian yang penting adalah melindas material tersebut dengan sepeda tanpa merusaknya. Bahan baru ini juga melekat dengan baik pada jaringan hewan, menggarisbawahi potensi kecocokannya untuk aplikasi medis.
“Kami sekarang dapat mencetak bahan perekat 3D yang cukup kuat untuk menopang jaringan secara mekanis,” kata salah satu penulis pertama, Matt Davidson, seorang rekan peneliti di Burdick Lab. “Kami belum pernah bisa melakukan itu sebelumnya.”
Di masa depan, bahan-bahan ini dapat digunakan untuk memperbaiki kerusakan pada jantung, mengantarkan obat secara langsung ke organ tubuh atau bahkan menopang cakram intervertebralis tanpa merusak jaringan di sekitarnya.
Selain aplikasi medis, metode baru ini juga dapat berdampak pada bidang lain seperti penelitian dan manufaktur. Teknologi ini tidak memerlukan energi tambahan untuk mengeraskan komponen, membuat proses pencetakan 3D lebih ramah lingkungan
“Ini adalah metode pemrosesan 3D sederhana yang pada akhirnya dapat digunakan oleh orang-orang di laboratorium akademis mereka sendiri serta di industri untuk meningkatkan sifat mekanik material untuk berbagai macam aplikasi,” kata penulis pertama Abhishek Dhand, seorang peneliti di Burdick Lab dan kandidat doktor di Departemen Bioteknologi di University of Pennsylvania. “Ini memecahkan masalah besar untuk pencetakan 3D.”
Singkatnya, penelitian ini menunjukkan bahwa pencetakan 3D memiliki potensi untuk secara fundamental mengubah cara pembuatan dan penggunaan bahan dalam dunia kedokteran, membuka jalan bagi metode pengobatan dan perbaikan yang baru.
