Los materiales biomédicos interactúan con los sistemas biológicos y se utilizan para diagnosticar organismos. Tratamiento, reparación y reposición de tejidos enfermos o dañados. Un órgano o un tipo de material que mejora su función.
En los últimos años, con la mejora continua del nivel de vida de las personas y la extensión del promedio de vida, la demanda de materiales biomédicos ha crecido rápidamente. Los implantes humanos deben diseñarse individualmente y fabricarse rápidamente para cada paciente con el fin de aprovechar la mejor oportunidad de tratamiento y aliviar el dolor del paciente. Sin embargo, los métodos de procesamiento tradicionales tienen un ciclo largo y un alto costo, especialmente para implantes biológicos con formas complejas que son difíciles de operar y controlar con técnicas tradicionales.
Tecnología SLS para preparar materiales biomédicos
Los materiales biomédicos preparados por la tecnología SLS son principalmente materiales poliméricos biomédicos, materiales metálicos biomédicos y materiales compuestos biomédicos. Estos materiales médicos se utilizan principalmente en el campo de la medicina para fabricar modelos médicos, implantes y prótesis, y andamios de ingeniería de tejidos.
1. modelo médico
La primera aplicación de la tecnología SLS en el campo de la biomedicina fue la creación de modelos médicos para proporcionar diseño clínico y planificación de diagnósticos y cirugías médicas, simulación de procedimientos quirúrgicos y enseñanza médica. El defecto craneomaxilofacial es una enfermedad común en la reparación quirúrgica, con superficies curvas complejas y muchas estructuras huecas. Ninguno de los métodos de reparación existentes puede lograr la forma ideal del cráneo y la mandíbula individuales, y solo pueden restaurar aproximadamente la forma facial, lo que no puede cumplir con los requisitos estéticos del paciente. La tecnología SLS para hacer un modelo de cráneo personalizado es una solución extremadamente factible. El proceso de operación específico es:
① Materiales de modelado. Elija una muestra de cráneo antiséptico.
② Tomografía computarizada. Se utiliza un escáner CT para realizar un escaneo en espiral continuo en la muestra de cráneo, y las imágenes tomográficas obtenidas se transmiten a la estación de trabajo de reconstrucción y se almacenan en formato DICOM.
③Reconstrucción del modelo tridimensional. El software Mimics se utiliza para leer automáticamente el archivo de imagen en formato DICOM. Mediante el reconocimiento, extracción y superposición tridimensional de la zona de tejido óseo, se completa la reconstrucción tridimensional del modelo geométrico del defecto craneal. Los datos reconstruidos se envían al archivo de formato STL a través del módulo CTM.
④Prototipado rápido SLS. Usando el software de capas de entidades MagicsRP, los archivos de formato STL se superponen en un cierto intervalo para generar el archivo STL tomográfico requerido por SLS, y luego el archivo STL en capas se ingresa a la máquina formadora de SLS para procesar el modelo. Los estudios han demostrado que el uso integral de la tomografía computarizada, el modelado tridimensional y las técnicas SLS para diseñar diferentes planes para diferentes pacientes, la forma, la estructura y el tamaño de los modelos de defectos personalizados y los modelos de restauración son básicamente los mismos que los de las muestras de cráneo. , que están en línea con las mandíbulas. Los requisitos de la cirugía facial se pueden utilizar para el diagnóstico preoperatorio y la planificación quirúrgica.
2. Implantes y prótesis
El implante y la prótesis están hechos de materiales biológicos compatibles con el cuerpo humano y pueden desempeñar un papel en el tratamiento y la rehabilitación después de implantar o usar el cuerpo humano. Desde la perspectiva de la ingeniería biomédica, el implantador debe cumplir las siguientes 3 condiciones:
①Resistencia mecánica suficiente para soportar el peso y el impacto del propio cuerpo durante el ejercicio;
②Coincidencia individual para que coincida con el sitio del defecto y los tejidos circundantes;
③Buena compatibilidad con tejidos biológicos. Sin embargo, los caracteres existentes carecen de correspondencia individual.
El rápido desarrollo de la ciencia de los materiales, la tecnología informática y la tecnología SLS ha hecho posible el diseño individual, la fabricación rápida y la popularización de los implantes.
Los dos métodos utilizados para preparar el cuerpo complejo tienen en común: en primer lugar, se utiliza la tomografía computarizada y la reconstrucción tridimensional para obtener el modelo de la restauración, luego se fabrica la entidad mediante la tecnología SLS y finalmente se obtiene el cuerpo complejo artificial. por el proceso de reelaboración. En comparación con los métodos de producción tradicionales, ahorra tiempo y costos de materiales, reduce los pasos y costos de producción y proporciona una base para la promoción y aplicación de la tecnología SLS en el campo de la biomedicina.
3. Andamio de ingeniería de tejidos
La ingeniería de tejidos es una disciplina emergente emergente que aplica los principios y métodos de las ciencias de la ingeniería y las ciencias de la vida para desarrollar sustitutos biológicos para restaurar, mantener o mejorar la función de los tejidos u órganos dañados. Los biomateriales utilizados en los andamios de ingeniería de tejidos deben cumplir los siguientes requisitos:
① La estructura de red porosa tridimensional facilita la proliferación celular y la transferencia de nutrientes y desechos metabólicos;
②Buena biocompatibilidad, es decir, sin citotoxicidad evidente, reacción inflamatoria y rechazo inmunológico;
③La biodegradabilidad adecuada y la tasa de degradación coinciden con el crecimiento y la reproducción de nuevas células tisulares;
④Propiedades físicas y químicas de la superficie apropiadas para facilitar la adhesión, proliferación y diferenciación celular;
⑤ Ciertas propiedades biomecánicas pueden mantener la estabilidad e integridad de la estructura y apariencia en el ambiente biológico del cuerpo.
Los materiales utilizados para los andamios de ingeniería de tejidos incluyen principalmente biomateriales naturales, biocerámicas y materiales poliméricos sintéticos. Los andamios de ingeniería de tejidos obtenidos mediante procesos de preparación tradicionales, como el método de unión de fibras, el método de lixiviación por colada en solución, el método de separación de fases, el método de formación de espuma con gas y el método de sinterización de partículas, tienen poca resistencia mecánica, bajo grado de interpenetración de poros, porosidad y estructura de poros. La controlabilidad es no flexible
La tecnología de creación rápida de prototipos SLS utiliza la sinterización selectiva de polímeros o compuestos de polímero/biocerámica para fabricar stents. La microestructura del stent se puede controlar ajustando los parámetros del proceso SLS, y los stents obtenidos son todos estructuras porosas.
La tecnología SLS para preparar materiales biomédicos no solo puede lograr un diseño y procesamiento personalizados para satisfacer las necesidades individuales de diferentes pacientes, sino también controlar de manera flexible la microestructura y las propiedades mecánicas de los materiales biomédicos ajustando sus parámetros de proceso y métodos de posprocesamiento. Sin embargo, los materiales biomédicos preparados por tecnología SLS generalmente tienen problemas como baja densidad, superficie rugosa y bajas propiedades mecánicas, especialmente materiales compuestos de polímero y polímero/cerámica, que no pueden cumplir con los requisitos de compatibilidad mecánica de los materiales biomédicos. Sin embargo, utilizando estas características de la tecnología SLS, es conveniente preparar materiales metálicos rugosos y porosos que favorezcan la adhesión y el crecimiento celular, especialmente titanio y materiales de aleación de titanio con excelente biocompatibilidad y propiedades mecánicas. Esta será la tecnología SLS es una importante dirección de desarrollo en el campo de la preparación de materiales biomédicos.