I materiali biomedici interagiscono con i sistemi biologici e vengono utilizzati per diagnosticare gli organismi. Trattamento, riparazione e sostituzione di tessuti malati o danneggiati. Un organo o un tipo di materiale che ne esalta la funzione.
Negli ultimi anni, con il continuo miglioramento degli standard di vita delle persone e l'estensione della durata media della vita, la domanda di materiali biomedici è cresciuta rapidamente. Gli impianti umani devono essere progettati individualmente e rapidamente fabbricati per ogni paziente al fine di cogliere la migliore opportunità di trattamento e alleviare il dolore del paziente. Tuttavia, i metodi di lavorazione tradizionali hanno un ciclo lungo e costi elevati, soprattutto per impianti biologici con forme complesse che sono difficili da utilizzare e controllare con tecniche tradizionali.
Tecnologia SLS per la preparazione di materiali biomedicali
I materiali biomedicali preparati dalla tecnologia SLS sono principalmente materiali polimerici biomedici, materiali metallici biomedici e materiali compositi biomedici. Questi materiali medici sono utilizzati principalmente in campo medico per realizzare modelli medici, impianti e protesi e scaffold di ingegneria tissutale.
1. Modello medico
La prima applicazione della tecnologia SLS nel campo della biomedicina è stata quella di realizzare modelli medici per fornire progettazione clinica e pianificazione della diagnosi e della chirurgia medica, simulazione delle procedure chirurgiche e insegnamento medico. Il difetto craniomaxillofacciale è una malattia comune nella riparazione chirurgica, con superfici curve complesse e molte strutture cave. Nessuno dei metodi di riparazione esistenti può raggiungere la forma ideale del singolo cranio e mascella e può solo ripristinare approssimativamente la forma del viso, che non può soddisfare le esigenze estetiche del paziente. La tecnologia SLS per realizzare un modello di cranio personalizzato è una soluzione estremamente fattibile. Il processo operativo specifico è:
(1) Materiali di modellazione. Scegli un campione di cranio antisettico.
(2) Scansione TC. Uno scanner CT viene utilizzato per eseguire la scansione a spirale continua sul campione del cranio e le immagini tomografiche ottenute vengono trasmesse alla stazione di lavoro di ricostruzione e memorizzate in formato DICOM.
(3) Ricostruzione tridimensionale del modello. Il software Mimics viene utilizzato per leggere automaticamente il file immagine in formato DICOM. Attraverso il riconoscimento, l'estrazione e la sovrapposizione tridimensionale dell'area del tessuto osseo, viene completata la ricostruzione tridimensionale del modello geometrico del difetto del cranio. I dati ricostruiti vengono inviati al file in formato STL attraverso il modulo CTM.
(4)Prototipazione rapida SLS. Utilizzando il software di stratificazione delle entità MagicsRP, i file in formato STL vengono stratificati a un certo intervallo per generare il file STL tomografico richiesto da SLS, quindi il file STL a più livelli viene inserito nella macchina di formatura SLS per elaborare il modello. Gli studi hanno dimostrato che l'uso completo della scansione TC, della modellazione tridimensionale e delle tecniche SLS per progettare piani diversi per pazienti diversi, la forma, la struttura e le dimensioni dei modelli personalizzati di difetto e dei modelli di restauro sono fondamentalmente gli stessi di quelli dei campioni del cranio, che sono in linea con le mascelle. I requisiti della chirurgia facciale possono essere utilizzati per la diagnosi preoperatoria e la pianificazione chirurgica.
2. Impianti e protesi
L'impianto e la protesi sono realizzati con materiali biologici compatibili con il corpo umano e possono svolgere un ruolo nel trattamento e nella riabilitazione dopo l'impianto o l'uso del corpo umano. Dal punto di vista dell'ingegneria biomedica, l'implanter deve soddisfare le seguenti 3 condizioni:
(1) Resistenza meccanica sufficiente per sopportare il peso e l'impatto del corpo durante l'esercizio;
(2) Abbinamento individuale per abbinare il sito del difetto e i tessuti circostanti;
(3) Buona compatibilità biologica dei tessuti. Tuttavia, i caratteri esistenti mancano di corrispondenza individuale.
Il rapido sviluppo della scienza dei materiali, della tecnologia informatica e della tecnologia SLS ha reso possibile la progettazione individuale, la produzione rapida e la divulgazione di impianti.
I due metodi utilizzati per preparare il corpo complesso hanno in comune: in primo luogo, la TAC e la ricostruzione tridimensionale vengono utilizzate per ottenere il modello del restauro, quindi l'entità viene prodotta dalla tecnologia SLS e infine il corpo complesso artificiale viene ottenuto dal processo di rilavorazione. Rispetto ai metodi di produzione tradizionali, consente di risparmiare tempo e costi dei materiali, riduce le fasi e i costi di produzione e fornisce una base per la promozione e l'applicazione della tecnologia SLS nel campo della biomedicina.
3. Impalcatura di ingegneria tissutale
L'ingegneria tissutale è una disciplina trasversale emergente che applica i principi e i metodi della scienza ingegneristica e delle scienze della vita per sviluppare sostituti biologici per ripristinare, mantenere o migliorare la funzione di tessuti o organi danneggiati. I biomateriali utilizzati negli scaffold di ingegneria tissutale devono soddisfare i seguenti requisiti:
(1) La struttura tridimensionale della rete porosa facilita la proliferazione cellulare e il trasferimento di nutrienti e rifiuti metabolici;
(2) Buona biocompatibilità, cioè nessuna citotossicità evidente, reazione infiammatoria e rigetto immunitario;
(3)un'adeguata biodegradabilità e il tasso di degradazione corrisponda alla crescita e alla riproduzione di nuove cellule tissutali;
(4) Proprietà fisiche e chimiche superficiali appropriate per facilitare l'adesione, la proliferazione e la differenziazione cellulare;
(5) Alcune proprietà biomeccaniche possono mantenere la stabilità e l'integrità della struttura e dell'aspetto nell'ambiente biologico del corpo.
I materiali utilizzati per gli scaffold di ingegneria tissutale includono principalmente biomateriali naturali, bioceramici e materiali polimerici sintetici. Gli scaffold di ingegneria tissutale ottenuti con processi di preparazione tradizionali come il metodo di incollaggio delle fibre, il metodo di lisciviazione della colata di soluzione, il metodo di separazione di fase, il metodo di schiuma di gas e il metodo di sinterizzazione delle particelle hanno scarsa resistenza meccanica, basso grado di compenetrazione dei pori, porosità e struttura dei pori La controllabilità non è flessibile.
La tecnologia di prototipazione rapida SLS utilizza la sinterizzazione selettiva di polimeri o compositi polimerici/bioceramici per la produzione di stent. La microstruttura dello stent può essere controllata regolando i parametri di processo SLS e gli stent ottenuti sono tutte strutture porose.
La tecnologia SLS per preparare materiali biomedici può non solo ottenere una progettazione e un'elaborazione personalizzate per soddisfare le esigenze individuali di diversi pazienti, ma anche controllare in modo flessibile la microstruttura e le proprietà meccaniche dei materiali biomedici regolando i parametri di processo e i metodi di post-elaborazione. Tuttavia, i materiali biomedici preparati dalla tecnologia SLS presentano generalmente problemi come bassa densità, superficie ruvida e basse proprietà meccaniche, in particolare polimeri e materiali compositi polimerici / ceramici, che non possono soddisfare i requisiti di compatibilità meccanica dei materiali biomedici. Tuttavia, utilizzando queste caratteristiche della tecnologia SLS, è conveniente preparare materiali metallici grezzi e porosi che favoriscono l'adesione e la crescita delle cellule, in particolare i materiali in titanio e lega di titanio con eccellente biocompatibilità e proprietà meccaniche. Questa sarà SLS Technology è un'importante direzione di sviluppo nel campo della preparazione di materiali biomedici.