Biomedicinski materijali stupaju u interakciju s biološkim sistemima i koriste se za dijagnosticiranje organizama. Liječenje, popravak i zamjena oboljelih ili oštećenih tkiva. Organ ili vrsta materijala koji poboljšava njegovu funkciju.
Posljednjih godina, uz kontinuirano poboljšanje životnog standarda ljudi i produžavanje prosječnog životnog vijeka, potražnja za biomedicinskim materijalima je brzo rasla. Ljudski implantati moraju biti individualno dizajnirani i brzo proizvedeni za svakog pacijenta kako bi se iskoristila najbolja prilika za liječenje i ublažila bol pacijenta. Međutim, tradicionalne metode obrade imaju dug ciklus i visoku cijenu, posebno za biološke implantate složenih oblika kojima je teško upravljati i kontrolirati tradicionalnim tehnikama.
SLS tehnologija za pripremu biomedicinskih materijala
Biomedicinski materijali pripremljeni SLS tehnologijom su uglavnom biomedicinski polimerni materijali, biomedicinski metalni materijali i biomedicinski kompozitni materijali. Ovi medicinski materijali se uglavnom koriste u medicinskom polju za izradu medicinskih modela, implantata i proteza, te skela za tkivno inženjerstvo.
1. Medicinski model
Najranija primena SLS tehnologije u oblasti biomedicine bila je pravljenje medicinskih modela za pružanje kliničkog dizajna i planiranja medicinske dijagnoze i hirurgije, simulacije hirurških procedura i medicinske nastave. Kraniomaksilofacijalni defekt je uobičajena bolest u hirurškoj reparaciji, sa složenim zakrivljenim površinama i mnogim šupljim strukturama. Nijedna od postojećih metoda popravke ne može postići idealan oblik individualne lubanje i vilice, već samo grubo vratiti oblik lica, koji ne može zadovoljiti estetske zahtjeve pacijenta. SLS tehnologija za izradu personaliziranog modela lubanje je izuzetno izvodljivo rješenje. Specifičan operativni proces je:
① Materijali za modeliranje. Odaberite antiseptički uzorak lubanje.
② CT skeniranje. CT skener se koristi za kontinuirano spiralno skeniranje uzorka lubanje, a dobijene tomografske slike se prenose na radnu stanicu za rekonstrukciju i pohranjuju u DICOM formatu.
③Rekonstrukcija trodimenzionalnog modela. Za automatsko čitanje slikovne datoteke u DICOM formatu koristi se softver Mimics. Prepoznavanjem, ekstrakcijom i trodimenzionalnom superpozicijom površine koštanog tkiva, završena je trodimenzionalna rekonstrukcija geometrijskog modela defekta lubanje. Rekonstruisani podaci izlaze u datoteku STL formata preko CTM modula.
④SLS brza izrada prototipa. Koristeći MagicsRP softver za slojeve entiteta, datoteke STL formata se slojevito u određenom intervalu kako bi se generirala tomografska STL datoteka koju zahtijeva SLS, a zatim se slojevita STL datoteka unosi u SLS mašinu za formiranje radi obrade modela. Studije su pokazale da je sveobuhvatna upotreba CT skeniranja, trodimenzionalnog modeliranja i SLS tehnika za dizajniranje različitih planova za različite pacijente, oblik, struktura i veličina personaliziranih modela defekta i modela restauracije u osnovi isti kao i uzorci lubanje. , koje su u liniji sa vilicama. Zahtjevi kirurgije lica mogu se koristiti za preoperativnu dijagnozu i hirurško planiranje.
2. Implantati i proteze
Implantat i proteza su izrađeni od bioloških materijala kompatibilnih s ljudskim tijelom, a mogu imati ulogu u liječenju i rehabilitaciji nakon implantacije ili nošenja ljudskog tijela. Iz perspektive biomedicinskog inženjeringa, implantator mora ispuniti sljedeća 3 uslova:
① Dovoljna mehanička čvrstoća da izdrži sopstvenu težinu i udare tela tokom vežbanja;
②Pojedinačno podudaranje kako bi se uskladilo mjesto defekta i okolna tkiva;
③Dobra biološka kompatibilnost tkiva. Međutim, postojećim likovima nedostaje individualno podudaranje.
Brzi razvoj nauke o materijalima, kompjuterske tehnologije i SLS tehnologije omogućio je individualni dizajn, brzu proizvodnju i popularizaciju implantata.
Dvije metode koje se koriste za pripremu složenog tijela imaju zajedničko: prvo se koristi CT skeniranje i trodimenzionalna rekonstrukcija da se dobije model nadoknade, zatim se entitet proizvodi po SLS tehnologiji i na kraju se dobije umjetno složeno tijelo. procesom prerade. U poređenju sa tradicionalnim metodama proizvodnje, štedi vreme i materijalne troškove, smanjuje proizvodne korake i troškove i pruža osnovu za promociju i primenu SLS tehnologije u oblasti biomedicine.
3. Skela za tkivno inženjerstvo
Inženjering tkiva je nova međudisciplina koja primjenjuje principe i metode inženjerske nauke i znanosti o životu kako bi razvila biološke zamjene za obnavljanje, održavanje ili poboljšanje funkcije oštećenih tkiva ili organa. Biomaterijali koji se koriste u skelama za tkivno inženjerstvo moraju ispunjavati sljedeće zahtjeve:
① Trodimenzionalna porozna mrežna struktura olakšava proliferaciju ćelija i prenos hranljivih materija i metaboličkog otpada;
②Dobra biokompatibilnost, odnosno nema očigledne citotoksičnosti, upalne reakcije i imunološkog odbacivanja;
③Odgovarajuća biorazgradivost, a stopa razgradnje odgovara rastu i reprodukciji novih ćelija tkiva;
④Odgovarajuća fizička i hemijska svojstva površine za olakšavanje adhezije, proliferacije i diferencijacije ćelija;
⑤ Određena biomehanička svojstva mogu održati stabilnost i integritet strukture i izgleda u biološkom okruženju tijela.
Materijali koji se koriste za skele za tkivno inženjerstvo uglavnom uključuju prirodne biomaterijale, biokeramiku i sintetičke polimerne materijale. Skele za tkivno inženjerstvo dobijene tradicionalnim procesima pripreme kao što su metoda vezivanja vlakana, metoda izlivanja iz rastvora, metoda odvajanja faza, metoda pjene u gasu i metoda sinterovanja čestica imaju slabu mehaničku čvrstoću, nizak stepen interpenetracije pora, poroznost i strukturu pora. nije fleksibilan.
SLS tehnologija brzog prototipa koristi selektivno sinterovanje polimera ili polimer/biokeramičkih kompozita za proizvodnju stentova. Mikrostruktura stenta može se kontrolisati podešavanjem parametara SLS procesa, a dobijeni stentovi su porozne strukture.
SLS tehnologija za pripremu biomedicinskih materijala ne samo da može postići personalizirani dizajn i obradu kako bi se zadovoljile individualne potrebe različitih pacijenata, već i fleksibilno kontrolirati mikrostrukturu i mehanička svojstva biomedicinskih materijala prilagođavanjem parametara procesa i metoda naknadne obrade. Međutim, biomedicinski materijali pripremljeni SLS tehnologijom općenito imaju probleme poput niske gustoće, hrapave površine i niskih mehaničkih svojstava, posebno polimernih i polimer/keramičkih kompozitnih materijala, koji ne mogu zadovoljiti zahtjeve mehaničke kompatibilnosti biomedicinskih materijala. Međutim, koristeći ove karakteristike SLS tehnologije, pogodno je pripremiti grube i porozne metalne materijale koji pogoduju ćelijskoj adheziji i rastu, posebno titanijum i materijale od legura titana sa odličnom biokompatibilnošću i mehaničkim svojstvima. Ovo će biti SLS tehnologija je važan pravac razvoja u oblasti pripreme biomedicinskih materijala.