Biomedicínske materiály interagujú s biologickými systémami a používajú sa na diagnostiku organizmov. Liečba, oprava a výmena chorých alebo poškodených tkanív. Orgán alebo druh materiálu, ktorý zvyšuje jeho funkciu.
V posledných rokoch s neustálym zlepšovaním životnej úrovne ľudí a predlžovaním priemernej dĺžky života rýchlo vzrástol dopyt po biomedicínskych materiáloch. Ľudské implantáty musia byť individuálne navrhnuté a rýchlo vyrobené pre každého pacienta, aby sa využila najlepšia možnosť liečby a uľavila sa pacientovi bolesť. Tradičné metódy spracovania však majú dlhý cyklus a vysoké náklady, najmä v prípade biologických implantátov so zložitými tvarmi, ktoré sa ťažko ovládajú a kontrolujú tradičnými technikami.
Technológia SLS na prípravu biomedicínskych materiálov
Biomedicínskymi materiálmi pripravenými technológiou SLS sú najmä biomedicínske polymérne materiály, biomedicínske kovové materiály a biomedicínske kompozitné materiály. Tieto medicínske materiály sa používajú hlavne v lekárskej oblasti na výrobu lekárskych modelov, implantátov a protéz a lešení pre tkanivové inžinierstvo.
1. Lekársky model
Najskoršou aplikáciou technológie SLS v oblasti biomedicíny bolo vytvorenie lekárskych modelov na poskytovanie klinického dizajnu a plánovania lekárskej diagnózy a chirurgického zákroku, simulácie chirurgických postupov a lekárskeho vyučovania. Kraniomaxilofaciálny defekt je bežné ochorenie pri chirurgických opravách so zložitými zakrivenými povrchmi a mnohými dutými štruktúrami. Žiadna z existujúcich reparačných metód nedokáže dosiahnuť ideálny tvar individuálnej lebky a čeľuste a dokáže len približne obnoviť tvar tváre, ktorý nemôže spĺňať estetické požiadavky pacienta. Technológia SLS na vytvorenie personalizovaného modelu lebky je mimoriadne uskutočniteľné riešenie. Špecifický operačný proces je:
① Modelovacie materiály. Vyberte antiseptickú vzorku lebky.
② CT vyšetrenie. CT skener sa používa na vykonávanie kontinuálneho špirálového skenovania na vzorke lebky a získané tomografické snímky sa prenášajú na rekonštrukčné pracovisko a ukladajú sa vo formáte DICOM.
③ Rekonštrukcia trojrozmerného modelu. Softvér napodobňovania sa používa na automatické čítanie obrazového súboru vo formáte DICOM. Prostredníctvom rozpoznania, extrakcie a trojrozmernej superpozície oblasti kostného tkaniva sa dokončí trojrozmerná rekonštrukcia geometrického modelu defektu lebky. Zrekonštruované údaje sú výstupom do súboru formátu STL prostredníctvom modulu CTM.
④ Rýchle prototypovanie SLS. Pomocou softvéru na vrstvenie entít MagicsRP sú súbory formátu STL vrstvené v určitom intervale, aby sa vygeneroval tomografický súbor STL požadovaný SLS, a potom sa súbor STL s vrstvami vloží do tvarovacieho stroja SLS na spracovanie modelu. Štúdie ukázali, že komplexné využitie CT skenovania, trojrozmerného modelovania a techník SLS na navrhovanie rôznych plánov pre rôznych pacientov, tvar, štruktúra a veľkosť personalizovaných modelov defektov a modelov obnovy sú v podstate rovnaké ako pri vzorkách lebky. , ktoré sú v súlade s čeľusťami. Požiadavky tvárovej chirurgie je možné využiť na predoperačnú diagnostiku a chirurgické plánovanie.
2. Implantáty a protézy
Implantát a protéza sú vyrobené z biologických materiálov kompatibilných s ľudským telom a môžu zohrávať úlohu pri liečbe a rehabilitácii po implantácii alebo nosení ľudského tela. Z pohľadu biomedicínskeho inžinierstva musí implantátor spĺňať tieto 3 podmienky:
①Dostatočná mechanická pevnosť, aby odolala vlastnej hmotnosti tela a nárazom počas cvičenia;
②Individuálne prispôsobenie tak, aby zodpovedalo miestu defektu a okolitým tkanivám;
③ Dobrá kompatibilita s biologickými tkanivami. Existujúcim postavám však chýba individuálne prispôsobenie.
Rýchly rozvoj materiálovej vedy, výpočtovej techniky a technológie SLS umožnil individuálny dizajn, rýchlu výrobu a popularizáciu implantátov.
Dve metódy používané na prípravu komplexného tela majú spoločné: po prvé, CT sken a trojrozmerná rekonštrukcia sa používa na získanie modelu náhrady, potom sa entita vyrába technológiou SLS a nakoniec sa získa umelé komplexné telo. procesom prepracovania. V porovnaní s tradičnými výrobnými metódami šetrí čas a materiálové náklady, znižuje výrobné kroky a náklady a poskytuje základ pre propagáciu a aplikáciu technológie SLS v oblasti biomedicíny.
3. Lešenie tkanivového inžinierstva
Tkanivové inžinierstvo je novovznikajúca medziodborová disciplína, ktorá uplatňuje princípy a metódy inžinierskej vedy a biologických vied na vývoj biologických náhrad na obnovu, udržanie alebo zlepšenie funkcie poškodených tkanív alebo orgánov. Biomateriály používané v skeletoch tkanivového inžinierstva musia spĺňať nasledujúce požiadavky:
① Trojrozmerná porézna sieťová štruktúra uľahčuje bunkovú proliferáciu a prenos živín a metabolického odpadu;
②Dobrá biokompatibilita, to znamená bez zjavnej cytotoxicity, zápalovej reakcie a imunitného odmietnutia;
③Primeraná biologická odbúrateľnosť a rýchlosť degradácie zodpovedá rastu a reprodukcii nových tkanivových buniek;
④ Vhodné povrchové fyzikálne a chemické vlastnosti na uľahčenie bunkovej adhézie, proliferácie a diferenciácie;
⑤ Určité biomechanické vlastnosti môžu zachovať stabilitu a integritu štruktúry a vzhľadu v biologickom prostredí tela.
Materiály používané na lešenie tkanivového inžinierstva zahŕňajú najmä prírodné biomateriály, biokeramiku a syntetické polymérne materiály. Lešenia tkanivového inžinierstva získané tradičnými procesmi prípravy, ako je metóda spájania vlákien, metóda lúhovania v roztoku, metóda separácie fáz, metóda plynového penenia a metóda spekania častíc, majú zlú mechanickú pevnosť, nízky stupeň vzájomného prenikania pórov, pórovitosť a štruktúru pórov Kontrolovateľnosť je nie flexibilné.
Technológia rýchleho prototypovania SLS využíva na výrobu stentov selektívne spekanie polymérov alebo polymérnych/biokeramických kompozitov. Mikroštruktúru stentu je možné kontrolovať úpravou parametrov procesu SLS a všetky získané stenty majú porézne štruktúry.
Technológia SLS na prípravu biomedicínskych materiálov dokáže nielen dosiahnuť personalizovaný dizajn a spracovanie, aby vyhovovali individuálnym potrebám rôznych pacientov, ale aj flexibilne kontrolovať mikroštruktúru a mechanické vlastnosti biomedicínskych materiálov úpravou ich procesných parametrov a metód následného spracovania. Biomedicínske materiály pripravené technológiou SLS však vo všeobecnosti majú problémy, ako je nízka hustota, drsný povrch a nízke mechanické vlastnosti, najmä polymérne a polymérne/keramické kompozitné materiály, ktoré nemôžu spĺňať požiadavky na mechanickú kompatibilitu biomedicínskych materiálov. S využitím týchto charakteristík technológie SLS je však vhodné pripraviť drsné a porézne kovové materiály, ktoré podporujú bunkovú adhéziu a rast, najmä materiály z titánu a zliatin titánu s vynikajúcou biokompatibilitou a mechanickými vlastnosťami. To bude SLS Technológia je dôležitým vývojovým smerom v oblasti prípravy biomedicínskych materiálov.