Biomedicininės medžiagos sąveikauja su biologinėmis sistemomis ir yra naudojamos organizmams diagnozuoti. Sergančių ar pažeistų audinių gydymas, taisymas ir keitimas. Organas arba medžiagos rūšis, sustiprinanti jo funkciją.
Pastaraisiais metais, nuolat gerėjant žmonių gyvenimo lygiui ir ilgėjant vidutinei gyvenimo trukmei, biomedicininių medžiagų paklausa sparčiai augo. Žmogaus implantai turi būti individualiai suprojektuoti ir greitai pagaminti kiekvienam pacientui, kad būtų išnaudota geriausia gydymo galimybė ir sumažėtų paciento skausmas. Tačiau tradiciniai apdorojimo metodai turi ilgą ciklą ir didelę kainą, ypač sudėtingų formų biologiniams implantams, kuriuos sunku valdyti ir valdyti naudojant tradicinius metodus.
SLS technologija biomedicininėms medžiagoms ruošti
SLS technologija paruoštos biomedicininės medžiagos daugiausia yra biomedicininės polimerinės medžiagos, biomedicininės metalo medžiagos ir biomedicininės kompozitinės medžiagos. Šios medicininės medžiagos daugiausia naudojamos medicinos srityje gaminant medicininius modelius, implantus ir protezus bei audinių inžinerijos pastolius.
1. Medicininis modelis
Ankstyviausias SLS technologijos pritaikymas biomedicinos srityje buvo sukurti medicininius modelius, skirtus klinikiniam medicininės diagnostikos ir chirurgijos planavimui ir planavimui, chirurginių procedūrų modeliavimui ir medicinos mokymui. Kaukolės ir žandikaulių defektas yra dažna chirurginio gydymo liga, turinti sudėtingus lenktus paviršius ir daugybę tuščiavidurių struktūrų. Nė vienu iš esamų taisymo būdų negalima pasiekti idealios individualios kaukolės ir žandikaulio formos, o galima tik apytiksliai atkurti veido formą, kuri negali atitikti paciento estetinių reikalavimų. SLS technologija, skirta asmeniniam kaukolės modeliui sukurti, yra labai įmanomas sprendimas. Konkretus operacijos procesas yra toks:
① Modeliavimo medžiagos. Pasirinkite antiseptinį kaukolės pavyzdį.
② kompiuterinė tomografija. CT skeneriu atliekamas nuolatinis kaukolės mėginio spiralinis skenavimas, o gauti tomografiniai vaizdai perduodami į rekonstrukcijos darbo vietą ir saugomi DICOM formatu.
③Trimatis modelio rekonstrukcija. Mimics programinė įranga naudojama automatiškai nuskaityti DICOM formato vaizdo failą. Kaulinio audinio srities atpažinimo, ekstrakcijos ir trimatės superpozicijos būdu užbaigiama trimatė kaukolės defekto geometrinio modelio rekonstrukcija. Atstatyti duomenys išvedami į STL formato failą per CTM modulį.
④ SLS greitas prototipų kūrimas. Naudojant MagicsRP objektų sluoksniavimo programinę įrangą, STL formato failai sluoksniuojami tam tikru intervalu, kad būtų sukurtas SLS reikalingas tomografinis STL failas, o tada sluoksniuotas STL failas įvedamas į SLS formavimo mašiną, kad būtų galima apdoroti modelį. Tyrimai parodė, kad visapusiškas kompiuterinės tomografijos nuskaitymo, trimačio modeliavimo ir SLS metodų naudojimas, siekiant sukurti skirtingus planus skirtingiems pacientams, individualizuotų defektų modelių ir atkūrimo modelių forma, struktūra ir dydis iš esmės yra tokie patys kaip ir kaukolės mėginių. , kurie yra vienoje linijoje su žandikauliais. Veido chirurgijos reikalavimai gali būti naudojami priešoperacinei diagnostikai ir operacijos planavimui.
2. Implantai ir protezai
Implantas ir protezas yra pagaminti iš biologinių medžiagų, suderinamų su žmogaus kūnu ir gali atlikti gydymo ir reabilitacijos vaidmenį po žmogaus kūno implantavimo ar nešiojimo. Biomedicininės inžinerijos požiūriu implantatorius turi atitikti šias 3 sąlygas:
①Pakankamas mechaninis stiprumas, kad atlaikytų kūno svorį ir smūgį fizinio krūvio metu;
②Individualus derinimas, kad atitiktų defekto vietą ir aplinkinius audinius;
③ Geras biologinis audinių suderinamumas. Tačiau esamiems veikėjams trūksta individualaus atitikimo.
Sparti medžiagų mokslo, kompiuterinių technologijų ir SLS technologijų raida leido individualiai suprojektuoti, sparčiai gaminti ir populiarinti implantus.
Du metodai, naudojami ruošiant kompleksinį kūną, turi bendrų bruožų: pirma, kompiuterinė tomografija ir trimatis atstatymas naudojamas restauracijos modeliui gauti, tada SLS technologija gaminamas darinys ir galiausiai gaunamas dirbtinis kompleksinis kūnas. per perdirbimo procesą. Palyginti su tradiciniais gamybos būdais, tai taupo laiką ir medžiagas, sumažina gamybos etapus ir sąnaudas, suteikia pagrindą SLS technologijos propagavimui ir taikymui biomedicinos srityje.
3. Audinių inžinerijos pastoliai
Audinių inžinerija yra besiformuojanti tarpdisciplininė disciplina, taikanti inžinerijos mokslo ir gyvosios gamtos mokslų principus ir metodus, siekiant sukurti biologinius pakaitalus, skirtus pažeistų audinių ar organų funkcijoms atkurti, palaikyti ar pagerinti. Audinių inžinerijos pastoliuose naudojamos biomedžiagos turi atitikti šiuos reikalavimus:
① Trimatė porėto tinklo struktūra palengvina ląstelių dauginimąsi ir maistinių medžiagų bei medžiagų apykaitos atliekų perdavimą;
② Geras biologinis suderinamumas, tai yra, nėra akivaizdaus citotoksiškumo, uždegiminės reakcijos ir imuninės sistemos atmetimo;
③ Tinkamas biologinis skaidomumas ir skilimo greitis atitinka naujų audinių ląstelių augimą ir dauginimąsi;
④ Tinkamos paviršiaus fizinės ir cheminės savybės, palengvinančios ląstelių sukibimą, dauginimąsi ir diferenciaciją;
⑤ Tam tikros biomechaninės savybės gali išlaikyti struktūros ir išvaizdos stabilumą ir vientisumą biologinėje kūno aplinkoje.
Audinių inžinerijos pastoliams naudojamos medžiagos daugiausia yra natūralios biomedžiagos, biokeramika ir sintetinės polimerinės medžiagos. Audinių inžinerijos pastoliai, gauti taikant tradicinius paruošimo procesus, tokius kaip pluošto surišimo metodas, tirpalo išplovimo metodas, fazių atskyrimo metodas, dujų putojimo metodas ir dalelių sukepinimo metodas, turi prastą mechaninį stiprumą, mažą įsiskverbimo į poras laipsnį, poringumą ir porų struktūrą. nėra lankstus.
SLS greitojo prototipų kūrimo technologijoje stentams gaminti naudojamas selektyvus polimerų arba polimerų/biokeraminių kompozitų sukepinimas. Stento mikrostruktūra gali būti valdoma koreguojant SLS proceso parametrus, o gauti stentai yra visos porėtos struktūros.
SLS technologija biomedicininėms medžiagoms ruošti gali ne tik pasiekti individualų dizainą ir apdorojimą, atitinkantį individualius skirtingų pacientų poreikius, bet ir lanksčiai valdyti biomedicininių medžiagų mikrostruktūrą ir mechanines savybes, koreguojant jų proceso parametrus ir tolesnio apdorojimo metodus. Tačiau naudojant SLS technologiją paruoštos biomedicininės medžiagos paprastai turi problemų, tokių kaip mažas tankis, šiurkštus paviršius ir žemos mechaninės savybės, ypač polimerinės ir polimerinės/keraminės kompozitinės medžiagos, kurios negali atitikti biomedicininių medžiagų mechaninio suderinamumo reikalavimų. Tačiau naudojant šias SLS technologijos ypatybes patogu ruošti grubias ir porėtas metalines medžiagas, palankias ląstelių sukibimui ir augimui, ypač titano ir titano lydinių medžiagas, pasižyminčias puikiu biologiniu suderinamumu ir mechaninėmis savybėmis. Tai bus SLS technologija yra svarbi plėtros kryptis biomedicininių medžiagų ruošimo srityje.