Biomedische materialen interageren met biologische systemen en worden gebruikt om organismen te diagnosticeren. Behandeling, reparatie en vervanging van zieke of beschadigde weefsels. Een orgaan of een soort materiaal dat zijn functie verbetert.
In de afgelopen jaren, met de voortdurende verbetering van de levensstandaard van mensen en de verlenging van de gemiddelde levensduur, is de vraag naar biomedische materialen snel gegroeid. Menselijke implantaten moeten voor elke patiënt afzonderlijk worden ontworpen en snel worden vervaardigd om de beste behandelingsmogelijkheid te benutten en de pijn van de patiënt te verlichten. Traditionele verwerkingsmethoden hebben echter een lange cyclus en hoge kosten, vooral voor biologische implantaten met complexe vormen die moeilijk te bedienen en te controleren zijn met traditionele technieken.
SLS-technologie om biomedische materialen te bereiden
De biomedische materialen bereid door SLS-technologie zijn voornamelijk biomedische polymeermaterialen, biomedische metaalmaterialen en biomedische composietmaterialen. Deze medische materialen worden voornamelijk gebruikt in de medische wereld voor het maken van medische modellen, implantaten en prothesen, en weefselengineeringsteigers.
1. Medisch model
De vroegste toepassing van SLS-technologie op het gebied van de biogeneeskunde was het maken van medische modellen voor klinisch ontwerp en planning van medische diagnose en chirurgie, simulatie van chirurgische procedures en medisch onderwijs. Craniomaxillofaciaal defect is een veel voorkomende ziekte bij chirurgisch herstel, met complexe gebogen oppervlakken en veel holle structuren. Geen van de bestaande reparatiemethoden kan de ideale vorm van de individuele schedel en kaak bereiken, en kan de gezichtsvorm slechts ruwweg herstellen, die niet aan de esthetische eisen van de patiënt kan voldoen. SLS-technologie om een gepersonaliseerd schedelmodel te maken is een uiterst haalbare oplossing. Het specifieke operatieproces is:
① Modelleermaterialen. Kies een antiseptisch schedelmonster.
② CT-scan. Een CT-scanner wordt gebruikt om continu spiraalvormig scannen op het schedelmonster uit te voeren, en de verkregen tomografische beelden worden verzonden naar het reconstructiewerkstation en opgeslagen in DICOM-formaat.
③Driedimensionale modelreconstructie. Mimics-software wordt gebruikt om het afbeeldingsbestand in DICOM-indeling automatisch te lezen. Door de herkenning, extractie en driedimensionale superpositie van het botweefselgebied wordt de driedimensionale reconstructie van het geometrische model van het schedeldefect voltooid. De gereconstrueerde gegevens worden via de CTM-module uitgevoerd naar het STL-formaatbestand.
④SLS snelle prototyping. Met behulp van MagicsRP-software voor het leggen van entiteiten worden de STL-formaatbestanden met een bepaald interval gelaagd om het tomografische STL-bestand te genereren dat door SLS wordt vereist, en vervolgens wordt het gelaagde STL-bestand ingevoerd in de SLS-vormmachine om het model te verwerken. Studies hebben aangetoond dat het uitgebreide gebruik van CT-scanning, driedimensionale modellering en SLS-technieken om verschillende plannen voor verschillende patiënten te ontwerpen, de vorm, structuur en grootte van de gepersonaliseerde defectmodellen en restauratiemodellen in principe hetzelfde zijn als die van de schedelspecimens , die in lijn liggen met de kaken. De vereisten van gezichtschirurgie kunnen worden gebruikt voor preoperatieve diagnose en chirurgische planning.
2. Implantaten en prothesen
Het implantaat en de prothese zijn gemaakt van biologisch materiaal dat compatibel is met het menselijk lichaam en kunnen een rol spelen bij de behandeling en revalidatie na implantatie of het dragen van het menselijk lichaam. Vanuit het perspectief van biomedische technologie moet de implantator aan de volgende 3 voorwaarden voldoen:
①Voldoende mechanische sterkte om het eigen gewicht en de impact van het lichaam tijdens het sporten te weerstaan;
②Individuele matching om de plaats van het defect en de omliggende weefsels aan te passen;
③Goede biologische weefselcompatibiliteit. De bestaande karakters missen echter individuele matching.
De snelle ontwikkeling van materiaalwetenschap, computertechnologie en SLS-technologie heeft het mogelijk gemaakt om implantaten individueel te ontwerpen, snel te vervaardigen en populair te maken.
De twee methoden die worden gebruikt om het complexe lichaam voor te bereiden, hebben gemeen: ten eerste worden CT-scan en driedimensionale reconstructie gebruikt om het model van de restauratie te verkrijgen, vervolgens wordt de entiteit vervaardigd door de SLS-technologie en ten slotte wordt het kunstmatige complexe lichaam verkregen door het bewerkingsproces. In vergelijking met traditionele productiemethoden bespaart het tijd en materiaalkosten, vermindert het productiestappen en -kosten en biedt het een basis voor de promotie en toepassing van SLS-technologie op het gebied van biogeneeskunde.
3. Weefseltechnieksteiger:
Tissue engineering is een opkomende discipline die de principes en methoden van technische wetenschap en life science toepast om biologische vervangingsmiddelen te ontwikkelen voor het herstellen, behouden of verbeteren van de functie van beschadigde weefsels of organen. Biomaterialen die worden gebruikt in steigers voor weefselengineering moeten aan de volgende vereisten voldoen:
① De driedimensionale poreuze netwerkstructuur vergemakkelijkt celproliferatie en de overdracht van voedingsstoffen en metabolische afvalstoffen;
②Goede biocompatibiliteit, dat wil zeggen geen duidelijke cytotoxiciteit, ontstekingsreactie en immuunafstoting;
③Adequate biologische afbreekbaarheid en de afbraaksnelheid komt overeen met de groei en reproductie van nieuwe weefselcellen;
④Adequate fysieke en chemische eigenschappen van het oppervlak om celadhesie, proliferatie en differentiatie te vergemakkelijken;
⑤ Bepaalde biomechanische eigenschappen kunnen de stabiliteit en integriteit van de structuur en het uiterlijk in de biologische omgeving van het lichaam behouden.
De materialen die worden gebruikt voor steigers voor weefselengineering omvatten voornamelijk natuurlijke biomaterialen, biokeramiek en synthetische polymeermaterialen. Weefselconstructiesteigers verkregen door traditionele voorbereidingsprocessen zoals vezelbindingsmethode, oplossingsgietuitloogmethode, fasescheidingsmethode, gasschuimmethode en deeltjessintermethode hebben een slechte mechanische sterkte, lage mate van interpenetratie van poriën, porositeit en poriestructuur. niet flexibel.
SLS rapid prototyping-technologie maakt gebruik van selectieve sintering van polymeren of polymeer/biokeramische composieten om stents te vervaardigen. De microstructuur van de stent kan worden gecontroleerd door de SLS-procesparameters aan te passen, en de verkregen stents zijn allemaal poreuze structuren.
SLS-technologie voor het bereiden van biomedische materialen kan niet alleen een gepersonaliseerd ontwerp en verwerking bereiken om aan de individuele behoeften van verschillende patiënten te voldoen, maar ook de microstructuur en mechanische eigenschappen van biomedische materialen flexibel regelen door hun procesparameters en nabewerkingsmethoden aan te passen. Biomedische materialen die door SLS-technologie zijn bereid, hebben echter over het algemeen problemen zoals lage dichtheid, ruw oppervlak en lage mechanische eigenschappen, met name polymeer- en polymeer/keramische composietmaterialen, die niet kunnen voldoen aan de mechanische compatibiliteitsvereisten van biomedische materialen. Met behulp van deze kenmerken van SLS-technologie is het echter handig om ruwe en poreuze metalen materialen te bereiden die bevorderlijk zijn voor celadhesie en groei, met name titanium en titaniumlegeringsmaterialen met uitstekende biocompatibiliteit en mechanische eigenschappen. Dit wordt SLS Technologie is een belangrijke ontwikkelingsrichting op het gebied van het bereiden van biomedische materialen.