3D打印：神经成像新濠影汇线上赌场研究的无名英雄
近年来，3D打印技术发展迅速。虽然这项技术曾经主要适用于原型制作和其他不需要高精度或可重复性的应用，但今天它被广泛用于多个部门的零件生产。其中最重要的是生物医学成像领域，3D打印正在为一系列成像设备提供快速、经济的组件制造。在接下来的几页中，波士顿大学神经光子学中心的新濠影汇线上赌场研究人员描述了几个得益于该技术的项目，这些项目以其他方式可能无法实现的方式取得了进展。
用3d打印的微型显微镜新濠影汇线上赌场研究鸟鸣
神经科学家对动物日常活动——玩耍、探索环境、与其他动物互动时的大脑成像越来越感兴趣。新濠影汇线上赌场研究这些类型的行为可以揭示关于大脑的信息，如果动物受到传统显微镜的限制，这些信息可能是无法获得的。为此，各公司推出了微型显微镜，由于它们的大小和机动性，可以在一系列不同的环境中监测自由行为的动物。
在波士顿大学，新濠影汇线上赌场研究员伊恩·戴维森和他的同事们想新濠影汇线上赌场研究小而吵闹的斑胸草雀的鸣叫，这样他们就能更好地了解大脑相关区域与学习相关的变化。由于大多数斑胸草雀在受到限制的情况下不会唱歌，新濠影汇线上赌场研究人员转向微型显微镜，从生物医学工程系的其他小组借来了一些商用仪器。然而，他们发现，这些仪器并没有提供他们想要的所有功能，而且这些仪器的封闭设计意味着他们无法根据需要对它们进行调整。
进入3D打印。
新濠影汇线上赌场研究人员决定，他们可以使用市售的消费级台式3D打印机制造出他们想要的规格的显微镜。在考察了许多仪器之后，他们选择了Formlabs Form 2立体光刻3D打印机。有了Form 2，他们将能够打印具有非常小的特征尺寸（25 μm层，140 μm激光光斑尺寸）的组件，从而能够打印高分辨率的螺纹，他们需要调整显微镜的焦距。对于3D打印树脂，他们测试了多种树脂类型的光阻挡能力、最低打印分辨率和响应成像波长的自动荧光，并选择了FGPBLK01和FGPBLK02。最终的设计结合了3d打印组件和廉价的现成电子产品。
制造微型显微镜还有其他选择，包括铣削和其他相关工艺，但3D打印比这些节省了大量的时间和成本。利用这项技术，“光学工程师可以设计一条光学路径，并在几天内得到成品，”丹尼尔·莱曼（Daniel Leman）说，他是戴维森在波士顿大学小组的新濠影汇线上赌场研究员，也是为鸟鸣新濠影汇线上赌场研究设计的微型显微镜的开发者之一。“能够在内部完成所有这些工作真的令人难以置信。”
最终，3D打印制造微型显微镜的优势远远超出了鸟鸣的新濠影汇线上赌场研究。它可以推动可穿戴技术的进步，一般来说，这些进步可以开辟一系列新的应用，包括戴维森说，新濠影汇线上赌场研究啮齿动物各种社会行为背后的神经化学过程。
先进的技术可以使3D打印在更小的规模和复杂的材料上
3D打印可以比其他可用的工艺更便宜，更省时。然而，同样重要的是，它可以制造出在许多情况下不可能制造出来的形状。莱曼说：“你可以在3D中塑造形状、裂缝和公差，这是你用铣削永远无法做到的。”“到目前为止，我们为迷你望远镜设计的许多设计坦白地说，使用传统技术是不可行的。”
他们使用的是商用的、现成的3D打印机。波士顿大学生物系的新濠影汇线上赌场研究员Timothy Otchy正在开发一种方法，可以在更小的尺度上促进3D打印。这种方法利用了一种叫做双光子聚合的技术，在这种技术中，脉冲激光被聚焦到一个微小的点上，并在三维空间中扫过液体聚合物，本质上是在聚合物中写下所需结构的几何形状。
Otchy说，这种方法可以为3D打印的许多新应用打开大门。“我们用来打印微型显微镜的现成系统非常棒，而且安装和运行起来相对便宜，但它能承受的公差可能最多是亚毫米-也许250微米，这取决于后处理步骤。”我们感兴趣的很多东西——打印植入设备、微透镜、其他需要高度光滑表面的光学元件——都要求亚微米级的公差。”目前，他和他的同事们主要使用这种新方法来打印微型显微镜中发现的机械部件，但他们计划在今年开始探索其他可能性。
与此同时，他们正在探索将复杂材料融入3D打印的方法。目前，印刷只能使用一种材料——丙烯酸、聚合物，在某些情况下甚至是金属。能够在一个步骤中制造多种材料的物体，例如，将聚合物和金属结合在一起，这将证明是非常有用的，它允许新濠影汇线上赌场研究人员将导电材料交织到光电器件或其他光学元件中。
用于人脑功能成像的3D打印帽
在波士顿大学校园的其他地方，新濠影汇线上赌场研究人员正在以一种非常不同的规模使用3D打印技术，用它来生产用于在人类受试者头上容纳成像探针的帽子。
神经成像技术功能性近红外光谱（fNIRS）通过将近红外光传输到头部并在其出现时进行监测，从而监测大脑氧合（神经活动的代表），从而帮助揭示大脑功能的神经基础。多年来，新濠影汇线上赌场研究人员一直依靠为脑电图应用开发的塑料帽来定位受试者头上的光源和探测器，并在帽上打新孔以适应放置位置。但是最广泛使用的帽——简易帽——远不适合用于近红外光谱。
“问题是，”波士顿大学生物医学工程系的新濠影汇线上赌场研究生安东尼奥·奥尔特加·马丁内斯（Antonio Ortega Martinez）说，“探针的位置根据实验的不同而不同。一直在瓶盖上打洞是很麻烦的，特别是如果你想在同一个实验中有几个瓶盖。盖上的孔可能不一致。”
去年年初，作为BME高级设计项目的一部分，本科生Wesley Rivera、Erin Landry、Jessica Chou、Nikita Bhatia和Dale Tollman设计了一个可以使用3D打印按需制造的fNIRS帽。在这里，新濠影汇线上赌场研究人员只需要告诉fnirs专用软件包，他或她想测量大脑的哪个区域，软件就会计算出探针在帽上的位置，并将设计发送给打印机。这不仅可以定制探针的位置，还可以让新濠影汇线上赌场研究人员指定他们制作帽子的头部大小。能够定制适合受试者头部的帽子尤其重要，因为许多fNIRS新濠影汇线上赌场研究人员与婴儿和成年人一起工作。
fNIRS帽的最初设计和测试是由MGH Martinos生物医学成像中心的Zack Starkweather完成的，该中心是与波士顿大学神经光子学中心合作的机构。波士顿大学这个项目的其他贡献者包括卡梅隆·斯诺、内森·珀金斯、亚历山大·莱尔曼以及安东尼奥·奥尔特加·马丁内斯。
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