Biolääketieteelliset materiaalit ovat vuorovaikutuksessa biologisten järjestelmien kanssa, ja niitä käytetään organismien diagnosoimiseen. Sairastuneiden tai vaurioituneiden kudosten hoito, korjaus ja korvaaminen. Elin tai materiaali, joka parantaa sen toimintaa.
Viime vuosina ihmisten elintason jatkuvan paranemisen ja keskimääräisen eliniän pidentymisen myötä biolääketieteellisten materiaalien kysyntä on kasvanut nopeasti. Ihmisimplantit on suunniteltava yksilöllisesti ja valmistettava nopeasti kullekin potilaalle, jotta voidaan tarttua parhaaseen hoitomahdollisuuteen ja lievittää potilaan kipua. Perinteisillä prosessointimenetelmillä on kuitenkin pitkä sykli ja korkeat kustannukset, erityisesti biologisille implanteille, joiden muoto on monimutkainen ja joita on vaikea käyttää ja hallita perinteisillä tekniikoilla.
SLS-teknologia biolääketieteellisten materiaalien valmistukseen
SLS-tekniikalla valmistetut biolääketieteelliset materiaalit ovat pääasiassa biolääketieteellisiä polymeerimateriaaleja, biolääketieteellisiä metallimateriaaleja ja biolääketieteellisiä komposiittimateriaaleja. Näitä lääketieteellisiä materiaaleja käytetään pääasiassa lääketieteen alalla lääketieteellisten mallien, implanttien ja proteesien sekä kudostekniikan rakennustelineiden valmistukseen.
1. Lääketieteellinen malli
SLS-teknologian varhaisin sovellus biolääketieteen alalla oli lääketieteellisten mallien tekeminen lääketieteellisen diagnoosin ja leikkauksen kliinisen suunnittelun ja suunnittelun, kirurgisten toimenpiteiden simuloinnin ja lääketieteellisen opetuksen tarjoamiseksi. Kraniomaxillofacial-vika on yleinen kirurgian korjaussairaus, jossa on monimutkaiset kaarevat pinnat ja monet ontot rakenteet. Millään olemassa olevista korjausmenetelmistä ei voida saavuttaa yksittäisen kallon ja leuan ihanteellista muotoa, ja ne voivat palauttaa vain karkeasti kasvojen muodon, joka ei täytä potilaan esteettisiä vaatimuksia. SLS-teknologia yksilöllisen kallomallin tekemiseen on erittäin toteuttamiskelpoinen ratkaisu. Erityinen toimintaprosessi on:
① Mallinnusmateriaalit. Valitse antiseptinen kallonäyte.
② CT-skannaus. Kallonäytteelle suoritetaan jatkuva spiraaliskannaus TT-skannerin avulla ja saadut tomografiset kuvat siirretään rekonstruktiotyöasemalle ja tallennetaan DICOM-muotoon.
③Kolmiulotteisen mallin rekonstruktio. Mimics-ohjelmistoa käytetään automaattisesti lukemaan DICOM-muotoinen kuvatiedosto. Luukudosalueen tunnistamisen, poistamisen ja kolmiulotteisen superponoinnin avulla saadaan päätökseen kallovaurion geometrisen mallin kolmiulotteinen rekonstruktio. Rekonstruoitu data tulostetaan STL-muotoiseen tiedostoon CTM-moduulin kautta.
④SLS nopea prototyyppi. MagicsRP-kokonaisuuksien tasoitusohjelmistoa käyttämällä STL-muotoiset tiedostot kerrostetaan tietyin väliajoin SLS:n vaatiman tomografisen STL-tiedoston luomiseksi, minkä jälkeen kerrostettu STL-tiedosto syötetään SLS-muodostuskoneeseen mallin käsittelemiseksi. Tutkimukset ovat osoittaneet, että TT-skannauksen, kolmiulotteisen mallinnuksen ja SLS-tekniikoiden kattava käyttö eri potilaiden suunnitelmien suunnittelussa, yksilöllisten vikamallien ja palautusmallien muoto, rakenne ja koko ovat periaatteessa samat kuin kallonäytteiden. , jotka ovat linjassa leukojen kanssa. Kasvokirurgian vaatimuksia voidaan käyttää preoperatiivisessa diagnoosissa ja leikkauksen suunnittelussa.
2. Implantit ja proteesit
Implantti ja proteesi on valmistettu ihmiskehon kanssa yhteensopivista biologisista materiaaleista, ja niillä voi olla roolia hoidossa ja kuntoutuksessa ihmiskehon implantoinnin tai käytön jälkeen. Biolääketieteen tekniikan näkökulmasta implantaattorin on täytettävä seuraavat 3 ehtoa:
①Riittävä mekaaninen lujuus kestämään kehon oman painon ja iskun harjoituksen aikana;
② Yksilöllinen sovitus vastaamaan vikakohtaa ja ympäröiviä kudoksia;
③ Hyvä biologinen kudosyhteensopivuus. Kuitenkin olemassa olevista hahmoista puuttuu yksilöllinen vastaavuus.
Materiaalitieteen, tietotekniikan ja SLS-tekniikan nopea kehitys on mahdollistanut implanttien yksilöllisen suunnittelun, nopean valmistuksen ja popularisoinnin.
Monimutkaisen kappaleen valmistuksessa käytetyillä kahdella menetelmällä on yhteistä: ensinnäkin CT-skannauksella ja kolmiulotteisella rekonstruktiolla saadaan restauroinnin malli, sitten kokonaisuus valmistetaan SLS-tekniikalla ja lopuksi saadaan keinotekoinen kompleksikappale. uudelleenkäsittelyprosessin kautta. Perinteisiin tuotantomenetelmiin verrattuna se säästää aikaa ja materiaalikustannuksia, vähentää tuotantovaiheita ja kustannuksia sekä tarjoaa pohjan SLS-teknologian edistämiselle ja soveltamiselle biolääketieteen alalla.
3. Kudostekniikan rakennusteline
Kudostekniikka on nouseva poikkitiede, joka soveltaa tekniikan ja biotieteen periaatteita ja menetelmiä kehittääkseen biologisia korvikkeita vaurioituneiden kudosten tai elinten toiminnan palauttamiseksi, ylläpitämiseksi tai parantamiseksi. Kudostekniikan rakennustelineissä käytettyjen biomateriaalien on täytettävä seuraavat vaatimukset:
① Kolmiulotteinen huokoinen verkkorakenne helpottaa solujen lisääntymistä sekä ravinteiden ja aineenvaihduntajätteen siirtymistä;
②Hyvä bioyhteensopivuus, eli ei ilmeistä sytotoksisuutta, tulehdusreaktiota ja immuunihyljintää;
③Sopiva biohajoavuus ja hajoamisnopeus vastaa uusien kudossolujen kasvua ja lisääntymistä;
④Sopivat pinnan fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet helpottamaan solujen tarttumista, lisääntymistä ja erilaistumista;
⑤ Tietyt biomekaaniset ominaisuudet voivat säilyttää rakenteen ja ulkonäön vakauden ja eheyden kehon biologisessa ympäristössä.
Kudostekniikan rakennustelineissä käytetään pääasiassa luonnollisia biomateriaaleja, biokeramiikkaa ja synteettisiä polymeerimateriaaleja. Perinteisillä valmistusmenetelmillä, kuten kuitusidontamenetelmällä, liuosvaluliuotusmenetelmällä, faasien erotusmenetelmällä, kaasuvaahdotusmenetelmällä ja hiukkasintrausmenetelmällä saatujen kudosteknisten tukirakenteiden mekaaninen lujuus on heikko, huokosten läpitunkeutumisaste, huokoisuus ja huokosrakenne on heikko. ei joustava.
SLS:n nopea prototyyppitekniikka käyttää polymeerien tai polymeeri/biokeraamikomposiittien selektiivistä sintrausta stenttien valmistukseen. Stentin mikrorakennetta voidaan ohjata säätämällä SLS-prosessiparametreja, ja saadut stentit ovat kaikki huokoisia rakenteita.
SLS-teknologialla biolääketieteellisten materiaalien valmistukseen voidaan saavuttaa yksilöllinen suunnittelu ja käsittely vastaamaan eri potilaiden yksilöllisiä tarpeita, vaan myös joustavasti ohjata biolääketieteellisten materiaalien mikrorakennetta ja mekaanisia ominaisuuksia säätämällä niiden prosessiparametreja ja jälkikäsittelymenetelmiä. SLS-tekniikalla valmistetuilla biolääketieteellisillä materiaaleilla on kuitenkin yleensä ongelmia, kuten alhainen tiheys, karkea pinta ja alhaiset mekaaniset ominaisuudet, erityisesti polymeeri- ja polymeeri-/keraamikomposiittimateriaalit, jotka eivät voi täyttää biolääketieteellisten materiaalien mekaanisia yhteensopivuusvaatimuksia. Näitä SLS-teknologian ominaisuuksia käyttämällä on kuitenkin kätevää valmistaa karkeita ja huokoisia metallimateriaaleja, jotka edistävät solujen tarttumista ja kasvua, erityisesti titaania ja titaaniseosmateriaaleja, joilla on erinomainen bioyhteensopivuus ja mekaaniset ominaisuudet. Tämä tulee olemaan SLS-teknologia on tärkeä kehityssuunta biolääketieteellisten materiaalien valmistuksen alalla.