Materialele biomedicale interacționează cu sistemele biologice și sunt folosite pentru a diagnostica organismele. Tratamentul, repararea și înlocuirea țesuturilor bolnave sau deteriorate. Un organ sau un tip de material care îi îmbunătățește funcția.
În ultimii ani, odată cu îmbunătățirea continuă a standardelor de viață ale oamenilor și prelungirea duratei medii de viață, cererea de materiale biomedicale a crescut rapid. Implanturile umane trebuie proiectate individual și fabricate rapid pentru fiecare pacient, pentru a profita de cea mai bună oportunitate de tratament și pentru a calma durerea pacientului. Cu toate acestea, metodele tradiționale de prelucrare au un ciclu lung și costuri ridicate, în special pentru implanturile biologice cu forme complexe care sunt greu de operat și controlat cu tehnici tradiționale.
Tehnologia SLS pentru prepararea materialelor biomedicale
Materialele biomedicale preparate prin tehnologia SLS sunt în principal materiale polimerice biomedicale, materiale metalice biomedicale și materiale compozite biomedicale. Aceste materiale medicale sunt utilizate în principal în domeniul medical pentru a realiza modele medicale, implanturi și proteze, precum și schele de inginerie tisulară.
1. Model medical
Cea mai timpurie aplicare a tehnologiei SLS în domeniul biomedicinei a fost realizarea de modele medicale pentru a oferi proiectare clinică și planificare a diagnosticului medical și a intervențiilor chirurgicale, simularea procedurilor chirurgicale și predarea medicală. Defectul craniomaxilo-facial este o boală comună în repararea chirurgicală, cu suprafețe curbate complexe și multe structuri goale. Niciuna dintre metodele de reparare existente nu poate atinge forma ideală a craniului și maxilarului individual și poate restabili doar aproximativ forma feței, care nu poate satisface cerințele estetice ale pacientului. Tehnologia SLS pentru realizarea unui model de craniu personalizat este o soluție extrem de fezabilă. Procesul specific de operare este:
① Materiale de modelare. Alegeți un specimen de craniu antiseptic.
② Scanare CT. Un scanner CT este utilizat pentru a efectua scanarea spirală continuă a specimenului de craniu, iar imaginile tomografice obținute sunt transmise la stația de lucru de reconstrucție și stocate în format DICOM.
③Reconstituirea modelului tridimensional. Software-ul Mimics este utilizat pentru a citi automat fișierul imagine în format DICOM. Prin recunoașterea, extracția și suprapunerea tridimensională a zonei de țesut osos se finalizează reconstrucția tridimensională a modelului geometric al defectului craniului. Datele reconstruite sunt transmise în fișierul în format STL prin modulul CTM.
④SLS prototipare rapidă. Folosind software-ul de stratificare a entităților MagicsRP, fișierele în format STL sunt stratificate la un anumit interval pentru a genera fișierul STL tomografic cerut de SLS, iar apoi fișierul STL stratificat este introdus în mașina de formare SLS pentru a procesa modelul. Studiile au arătat că utilizarea cuprinzătoare a scanării CT, modelării tridimensionale și tehnicilor SLS pentru a proiecta planuri diferite pentru diferiți pacienți, forma, structura și dimensiunea modelelor de defect personalizate și modelelor de restaurare sunt practic aceleași cu cele ale specimenelor de craniu. , care sunt în linie cu fălcile. Cerințele chirurgiei faciale pot fi utilizate pentru diagnosticul preoperator și planificarea chirurgicală.
2. Implanturi si proteze
Implantul si proteza sunt realizate din materiale biologice compatibile cu corpul uman, si pot juca un rol in tratament si reabilitare dupa implantarea sau purtarea corpului uman. Din perspectiva ingineriei biomedicale, implantatorul trebuie să îndeplinească următoarele 3 condiții:
①Rezistență mecanică suficientă pentru a rezista propriei greutăți și impactului corpului în timpul exercițiului;
②Potrivire individuală pentru a se potrivi cu locul defectului și țesuturile din jur;
③Compatibilitate bună cu țesuturile biologice. Cu toate acestea, personajelor existente le lipsește potrivirea individuală.
Dezvoltarea rapidă a științei materialelor, tehnologiei computerului și tehnologiei SLS a făcut posibilă proiectarea individuală, fabricarea rapidă și popularizarea implanturilor.
Cele două metode utilizate pentru pregătirea corpului complex au în comun: în primul rând, tomografia computerizată și reconstrucția tridimensională sunt utilizate pentru obținerea modelului restaurării, apoi entitatea este fabricată prin tehnologia SLS, iar în final se obține corpul complex artificial. prin procesul de reluare. În comparație cu metodele tradiționale de producție, economisește timp și costurile materiale, reduce etapele și costurile de producție și oferă o bază pentru promovarea și aplicarea tehnologiei SLS în domeniul biomedicinei.
3. Schela de inginerie tisulară
Ingineria tisulară este o disciplină interdisciplinară în curs de dezvoltare care aplică principiile și metodele științei ingineriei și științei vieții pentru a dezvolta înlocuitori biologici pentru restabilirea, menținerea sau îmbunătățirea funcției țesuturilor sau organelor deteriorate. Biomaterialele utilizate în schelele de inginerie tisulară trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:
① Structura rețelei poroase tridimensionale facilitează proliferarea celulară și transferul de nutrienți și deșeuri metabolice;
②Biocompatibilitate bună, adică fără citotoxicitate evidentă, reacție inflamatorie și respingere imună;
③ Biodegradabilitate adecvată, iar rata de degradare se potrivește cu creșterea și reproducerea de noi celule de țesut;
④Proprietăți fizice și chimice adecvate ale suprafeței pentru a facilita adeziunea, proliferarea și diferențierea celulelor;
⑤ Anumite proprietăți biomecanice pot menține stabilitatea și integritatea structurii și aspectului în mediul biologic al corpului.
Materialele utilizate pentru schelele de inginerie tisulară includ în principal biomateriale naturale, bioceramice și materiale polimerice sintetice. Schelele de inginerie tisulară obținute prin procese tradiționale de preparare, cum ar fi metoda de legare a fibrelor, metoda de turnare a soluției, metoda de separare a fazelor, metoda de spumare cu gaz și metoda de sinterizare a particulelor au rezistență mecanică slabă, grad scăzut de întrepătrundere a porilor, porozitate și structura porilor Controlabilitatea este nu flexibil.
Tehnologia de prototipare rapidă SLS utilizează sinterizarea selectivă a polimerilor sau a compozitelor polimer/bioceramice pentru a produce stenturi. Microstructura stentului poate fi controlată prin ajustarea parametrilor procesului SLS, iar stenturile obținute sunt toate structuri poroase.
Tehnologia SLS pentru prepararea materialelor biomedicale poate realiza nu numai design și procesare personalizate pentru a satisface nevoile individuale ale diferiților pacienți, ci și controla flexibil microstructura și proprietățile mecanice ale materialelor biomedicale prin ajustarea parametrilor lor de proces și a metodelor de post-procesare. Cu toate acestea, materialele biomedicale preparate prin tehnologia SLS au, în general, probleme precum densitatea scăzută, suprafața rugoasă și proprietăți mecanice scăzute, în special polimeri și materialele compozite polimer/ceramice, care nu pot îndeplini cerințele de compatibilitate mecanică ale materialelor biomedicale. Cu toate acestea, folosind aceste caracteristici ale tehnologiei SLS, este convenabil să se pregătească materiale metalice brute și poroase care sunt propice pentru aderența și creșterea celulelor, în special titan și materiale din aliaje de titan cu biocompatibilitate și proprietăți mecanice excelente. Aceasta va fi Tehnologia SLS este o direcție importantă de dezvoltare în domeniul pregătirii materialelor biomedicale.