Materiais biomédicos interagem com sistemas biológicos e são usados para diagnosticar organismos. Tratamento, reparação e substituição de tecidos doentes ou danificados. Um órgão ou um tipo de material que melhora sua função.
Nos últimos anos, com a melhoria contínua dos padrões de vida das pessoas e a extensão do tempo médio de vida, a demanda por materiais biomédicos tem crescido rapidamente. Os implantes humanos precisam ser projetados individualmente e rapidamente fabricados para cada paciente, a fim de aproveitar a melhor oportunidade de tratamento e aliviar a dor do paciente. No entanto, os métodos tradicionais de processamento têm um longo ciclo e alto custo, especialmente para implantes biológicos com formas complexas que são difíceis de operar e controlar com técnicas tradicionais.
Tecnologia SLS para preparar materiais biomédicos
Os materiais biomédicos preparados pela tecnologia SLS são principalmente materiais biomédicos de polímeros, materiais metálicos biomédicos e materiais compostos biomédicos. Esses materiais médicos são usados principalmente na área médica para fazer modelos médicos, implantes e próteses, e andaimes de engenharia de tecidos.
1. Modelo médico
A primeira aplicação da tecnologia SLS no campo da biomedicina foi fazer modelos médicos para fornecer o desenho clínico e o planejamento do diagnóstico e cirurgia médica, simulação de procedimentos cirúrgicos e ensino médico. O defeito craniomaxilofacial é uma doença comum na reparação cirúrgica, com superfícies curvas complexas e muitas estruturas ocas. Nenhum dos métodos de reparo existentes pode alcançar a forma ideal do crânio e mandíbula individuais, e só pode restaurar aproximadamente a forma facial, que não pode atender aos requisitos estéticos do paciente. A tecnologia SLS para fazer um modelo de crânio personalizado é uma solução extremamente viável. O processo de operação específico é:
(1) Materiais de modelagem. Escolha um espécime de crânio antisséptico.
(2) Tomografia computadorizada. Um scanner de tomografia computadorizada é usado para realizar varreduras em espiral contínuas na amostra do crânio, e as imagens tomográficas obtidas são transmitidas para a estação de trabalho de reconstrução e armazenadas em formato DICOM.
(3)Reconstrução do modelo tridimensional. O software Imita é usado para ler automaticamente o arquivo de imagem do formato DICOM. Através do reconhecimento, extração e superposição tridimensional da área do tecido ósseo, a reconstrução tridimensional do modelo geométrico do defeito do crânio é concluída. Os dados reconstruídos são de saída para o arquivo de formato STL através do módulo CTM.
(4)Prototipagem rápida SLS. Usando o software de camadas da entidade MagicsRP, os arquivos de formato STL são colocados em camadas em um determinado intervalo para gerar o arquivo STL tomográfico exigido pelo SLS e, em seguida, o arquivo STL em camadas é entrada na máquina formadora SLS para processar o modelo. Estudos têm demonstrado que o uso abrangente de técnicas de tomografia computadorizada, modelagem tridimensional e SLS para projetar diferentes planos para diferentes pacientes, a forma, estrutura e tamanho dos modelos personalizados de defeitos e modelos de restauração são basicamente os mesmos dos espécimes do crânio, que estão em consonância com as mandíbulas. Os requisitos da cirurgia facial podem ser utilizados para diagnóstico pré-operatório e planejamento cirúrgico.
2. Implantes e próteses
O implante e a prótese são feitos de materiais biológicos compatíveis com o corpo humano, podendo desempenhar um papel no tratamento e reabilitação após implantação ou uso do corpo humano. Do ponto de vista da engenharia biomédica, o implantador deve atender às seguintes 3 condições:
(1)Força mecânica suficiente para suportar o próprio peso e impacto do corpo durante o exercício;
(2)Correspondência individual para combinar com o local do defeito e os tecidos circundantes;
(3)Boa compatibilidade de tecido biológico. No entanto, os caracteres existentes não têm correspondência individual.
O rápido desenvolvimento da ciência material, da tecnologia da computação e da tecnologia SLS possibilitou o design individual, a fabricação rápida e a popularização dos implantes.
Os dois métodos utilizados para preparar o corpo complexo têm em comum: em primeiro lugar, a tomografia computadorizada e a reconstrução tridimensional são utilizadas para obter o modelo da restauração, então a entidade é fabricada pela tecnologia SLS, e finalmente o corpo complexo artificial é obtido pelo processo de retrabalho. Em comparação com os métodos tradicionais de produção, economiza tempo e custos materiais, reduz etapas e custos de produção e fornece uma base para a promoção e aplicação da tecnologia SLS no campo da biomedicina.
3. Andaime de engenharia de tecidos
A engenharia de tecidos é uma disciplina cruzada emergente que aplica os princípios e métodos da ciência da engenharia e da ciência da vida para desenvolver substitutos biológicos para restaurar, manter ou melhorar a função de tecidos ou órgãos danificados. Os biomateriais usados em andaimes de engenharia de tecidos precisam atender aos seguintes requisitos:
(1) A estrutura de rede porosa tridimensional facilita a proliferação celular e a transferência de nutrientes e resíduos metabólicos;
(2)Boa biocompatibilidade, ou seja, não há citotoxicidade óbvia, reação inflamatória e rejeição imunológica;
(3)Biodegradabilidade adequada e a taxa de degradação corresponde ao crescimento e reprodução de novas células teciduais;
(4)Propriedades físicas e químicas da superfície adequadas para facilitar a adesão celular, a proliferação e a diferenciação;
(5) Certas propriedades biomecânicas podem manter a estabilidade e integridade da estrutura e aparência no ambiente biológico do corpo.
Os materiais utilizados para andaimes de engenharia de tecidos incluem principalmente biomateriais naturais, bioceâmicos e materiais de polímeros sintéticos. Andaimes de engenharia de tecidos obtidos por processos tradicionais de preparação, como método de ligação de fibras, método de lixiviação de soluções, método de separação de fases, método de espuma de gás e método de sinterização de partículas têm baixa resistência mecânica, baixo grau de interpenetração de poros, porosidade e estrutura de porososos A controlabilidade não é flexível.
A tecnologia de prototipagem rápida SLS utiliza sinterização seletiva de polímeros ou compósitos polimer/biocerâmicos para fabricar stents. A microestrutura do stent pode ser controlada ajustando os parâmetros do processo SLS, e os stents obtidos são todas estruturas porosas.
A tecnologia SLS para preparar materiais biomédicos pode não apenas alcançar o design e o processamento personalizados para atender às necessidades individuais de diferentes pacientes, mas também controlar de forma flexível as propriedades microestruturas e mecânicas dos materiais biomédicos, ajustando seus parâmetros de processo e métodos pós-processamento. No entanto, materiais biomédicos preparados pela tecnologia SLS geralmente têm problemas como baixa densidade, superfície áspera e baixas propriedades mecânicas, especialmente materiais compostos de polímero e polímero/cerâmica, que não podem atender aos requisitos de compatibilidade mecânica de materiais biomédicos. No entanto, utilizando essas características da tecnologia SLS, é conveniente preparar materiais metálicos ásperos e porosos que sejam propícios à adesão e crescimento celular, especialmente materiais de liga de titânio e titânio com excelente biocompatibilidade e propriedades mecânicas. Esta será a SLS Technology é uma importante direção de desenvolvimento no campo de preparação de materiais biomédicos.