Integracija in inovacija razgradljivih poliestrskih materialov in tehnologije 3D tiskanja

Razgradljivi poliestrski materiali:razgradljivi poliestrski materiali so razred biološko razgradljivih polimernih materialov, ki se lahko v naravnem okolju ali z encimsko hidrolizo organizmov postopoma razgradijo v majhne molekule in jih organizmi sčasoma absorbirajo ali izločijo iz telesa. Ta vrsta materiala ima široko možnost uporabe na medicinskem področju zaradi dobre biokompatibilnosti, razgradljivosti in zmogljivosti obdelave.

Pogosti razgradljivi poliestrski materiali:vključno s polimlečno kislino (PLA), poliglikolno kislino (PGA), poliε-kaprolaktonom (PCL), politrimetilkarbonatom (PTMC), polip-dicikloheksanonom (PPDO) in tako naprej. Razgradni cikel, mehanske lastnosti in hidrofilnost teh materialov je mogoče nadzorovati z različnimi razmerji monomerov in kopolimerizacijskimi metodami, da zadostijo različnim medicinskim potrebam. Razgradljivi poliestrski materiali v kombinaciji s tehnologijo 3D-tiskanja kažejo velik potencial pri personalizirani medicinski prilagoditvi, lahko natančno izdelajo kompleksne medicinske vsadke, ki ustrezajo potrebam pacientov, kirurških vodil itd., da se hkrati doseže natančna medicina, material lahko absorbira telo po opravljeni nalogi, zmanjša tveganje sekundarne operacije in spodbuja rehabilitacijo bolnikov.

Prvič, personalizirana prilagoditev razgradljivih poliestrskih materialov za medicinske namene

Personalizirana izvedba

1. Monomerno razmerje in metoda kopolimerizacije:

S prilagajanjem razmerja monomerov in kopolimerizacijskega načina razgradljivih poliestrskih materialov je mogoče natančno regulirati razgradno obdobje, mehanske lastnosti in hidrofilnost razgradljivih poliestrskih materialov. Na primer, kopolimer PLCL polimlečne kisline (PLA) in polε-kaprolaktona (PCL) lahko nadzoruje stopnjo razgradnje in mehanske lastnosti materiala s spreminjanjem razmerja PLA in PCL.

2. Oblikovanje strukture molekularne verige: 

Zasnova strukture molekularne verige polimera, kot je velikost molekulske mase in širina porazdelitve, končna modifikacija, blok, razvejanje, zamreženje, hiperrazvejanost itd., lahko dodatno nadzira lastnosti materialov. Na primer, moč in žilavost polimlečne kisline je mogoče izboljšati z uvedbo segmentov duktilne verige ali konstruiranjem zamreženih mrež.

3. Nadzor strukture združevanja: 

Z nadzorom agregacijske strukture polimerov, kot sta orientacija in kristalizacija, je mogoče nadzorovati cikel razgradnje in mehanske lastnosti materialov. Na primer, mehansko samoojačitev je mogoče doseči z indukcijo PLLA, da tvori vlaknate kristale z orientacijo osnutka. Razgradni cikel materialov PLLA je mogoče nadzorovati s prilagajanjem kristaliničnosti materialov PLLA z sredstvi za nukleacijo.

4. Oblikovanje mešanja: 

Strukturo teksture heterogenega sistema je mogoče oblikovati z mešanjem in drugimi sredstvi za učinkovit nadzor delovanja razgradljivih poliestrskih materialov. Na primer, mehansko trdnost in biološko aktivnost razgradljivih poliestrskih kompozitov je mogoče izboljšati z mešanjem bioaktivnih anorganskih nanomaterialov. Z mešanjem razvijalnega materiala lahko poliestrski material, ki ga je mogoče razvijati, pridobi učinek razvijanja.

Personalizirani primeri aplikacij

1. Tkivno inženirstvo in regenerativna medicina: 

Razgradljive poliestrske materiale je mogoče uporabiti za pripravo 3D natisnjenih stentov tkivnega inženiringa, ki jih je mogoče prilagoditi posebnim potrebam bolnikov. Na primer, s prilagajanjem stopnje razgradnje in mehanskih lastnosti materiala je mogoče pripraviti ogrodje, da se ujema s pacientovim tkivom, s čimer se spodbuja regeneracija in popravilo tkiva.

2. Kirurški pripomočki: 

S tehnologijo 3D-tiskanja je mogoče izdelati tudi kirurške pripomočke, kot so kirurška vodila, kirurški modeli itd. Ta orodja lahko zdravnikom pomagajo pri simulaciji in načrtovanju pred operacijo, s čimer izboljšajo kirurško natančnost in varnost.

3. Biorazgradljivi medicinski pripomočki: 

Te naprave, kot so biološko razgradljivi stenti, se lahko postopoma razgradijo po vsaditvi v telo in se izognejo dolgoročnim tveganjem, ki jih lahko povzročijo tradicionalni kovinski stenti. Hkrati se lahko personalizirana zasnova biorazgradljivih stentov bolje prilagodi pacientovi žilni strukturi in izboljša učinek zdravljenja.

PCL, PLA in PLCL imajo svoje značilnosti na področju biomedicinskih materialov. PCL ima dobro biokompatibilnost, nadzorovano razgradnjo in odlične mehanske lastnosti. Vendar pa je stopnja razgradnje počasna in trdnost relativno nizka. PLA ima popolno biorazgradljivost, dobro obdelavo in visoko mehansko trdnost. Toda krhkost je velika, stopnja razgradnje je lahko prehitra.

PLCL združuje žilavost PCL z močjo PLA, ima nadzorovan cikel razgradnje, odlične mehanske lastnosti in dobro biokompatibilnost. Primeren je za različne aplikacije tkivnega inženiringa, kot so popravilo hrustanca, živčnih kanalov, žilnih stentov in popravilo kosti. Uporaba tehnologije aditivne proizvodnje PLCL v tkivnem inženiringu ima pomembne prednosti in potencial.

Drugič, uporaba tehnologije aditivne proizvodnje PLCL v tkivnem inženirstvu

1. Zunanji trahealni stent: 

Material PLCL s funkcijo spomina oblike se uporablja za pripravo zunanjega trahealnega stenta s prilagojeno obliko in velikostjo s tehnologijo 3D tiskanja. Stent se lahko po implantaciji hitro vrne v vnaprej določeno obliko, zagotavlja stabilno podporo sapniku in ima dobro biokompatibilnost in razgradljivost.

2. Prsni vsadki: 

Personalizirani prsni vsadki so pripravljeni z uporabo razgradljivih poliestrskih materialov glede na obliko in velikost prsi pacientke. Vsadek se lahko sčasoma postopoma razgradi in ga telo sčasoma absorbira, s čimer se izognemo dolgoročnim zapletom, ki jih lahko povzročijo tradicionalni vsadki.

3. Drugi medicinski pripomočki: 

Razgradljive poliestrske materiale je mogoče uporabiti tudi za pripravo personaliziranih ortopedskih vsadkov, kardiovaskularnih intervencijskih naprav, vpojnih šivov in drugih medicinskih pripomočkov. Te naprave je mogoče prilagoditi individualnim potrebam bolnikov, kar izboljša rezultate zdravljenja in kakovost življenja bolnikov.

Polimerni material je uspešno uporabil tehnologijo aditivne proizvodnje PLCL v tkivnem inženiringu in se je razširil na številna področja, kot so medicinska 3D-tiskanje žice, biološko 3D-tiskanje in SLS 3D-tiskanje surovin medicinskih mikrosfer.

Tretjič, uporaba razgradljivih biomedicinskih materialov

Medicinska žica za 3D tiskanje

PLA medicinska žica ima pomembno uporabno vrednost pri 3D-tiskanju popravil maksilofacialne kosti/lobanje, poroznih ogrodij za popravilo hrustanca, vaskularnih ogrodij itd. Zaradi dobre biovpojnosti, visoke trdnosti in duktilnosti ter dobre biokompatibilnosti se 3D-natisnjene linije PLA pogosto uporabljajo na medicinskem področju. Primeri vključujejo vpojne vsadke za popravilo maksilofacialne kosti in porozne ogrodje za popravilo kosti.

Uporaba medicinskih mikrosfer v SLS 3D tisku

23. julija 2024 je tehnologija z imenom "A Medical 3D printing controllable microsphere priprave process", ki sta jo uspešno razvila Shenzhen Guanghua Weiye Co., Ltd. in njena hčerinska družba Shenzhen Jusheng Biotechnology Co., LTD., uradno prestala pregled državnega urada za intelektualno lastnino. in pridobil nacionalno avtorizacijo patenta za izum. Izum se osredotoča na razvoj postopka priprave, ki zagotavlja, da imajo mikrosfere, ki se uporabljajo v medicinskem 3D tiskanju, nadzorovano velikost delcev in stopnjo biorazgradnje.

Jedro postopka priprave je doseči natančen nadzor velikosti delcev in hitrosti biorazgradnje mikrokroglic, kar zagotavlja močno podporo za uporabo tehnologije SLS 3D tiskanja na medicinskem področju.

1. Sistem za dostavo zdravil:

Medicinske mikrosfere se lahko uporabljajo kot nosilci za sisteme za dostavo zdravil, mikrosfere s specifičnimi strukturami in lastnostmi pa je mogoče natančno pripraviti s tehnologijo SLS 3D tiskanja. Te mikrosfere lahko prenašajo sestavine zdravila in dosežejo natančno sproščanje zdravila v telesu, izboljšajo učinkovitost zdravila in zmanjšajo stranske učinke.

2. Ogrodje tkivnega inženirstva: 

Tehnologijo 3D tiskanja SLS je mogoče uporabiti za pripravo ogrodij tkivnega inženirstva z bionično strukturo in mehanskimi lastnostmi. Kot sestavni del ogrodij lahko medicinske mikrosfere zagotovijo podporo in prehrano, potrebno za rast celic ter spodbujajo regeneracijo in popravilo tkiv.

3. Mikrookolje celične kulture: S tehnologijo SLS 3D tiskanja je mogoče pripraviti mikrookolje celične kulture s strukturo mikropor in kompleksno geometrijo. Kot del mikrookolja lahko medicinske mikrosfere zagotovijo pritrdilne točke in hranila, potrebna za rast celic in optimizirajo pogoje celične kulture.

3D biotisk

PCL je termoplastični poliester z dobro biokompatibilnostjo, razgradljivostjo in mehanskimi lastnostmi. Surovine PCL je mogoče obdelati z različnimi tehnologijami 3D-tiskanja (kot je modeliranje taljenega nanosa FDM, selektivno lasersko sintranje SLS itd.), da se oblikujejo 3D-natisnjeni izdelki s kompleksnimi strukturami in funkcijami.

Ekstrudiranje taline delcev je pomemben proces v biotisku, ki vključuje segrevanje delcev PCL do staljenega stanja in njihovo nato ekstrudiranje skozi šobo na platformo za tiskanje, da oblikujejo 3D strukture plast za plastjo. Ta postopek ima prednosti visoke natančnosti, visoke učinkovitosti in visoke prilagodljivosti za izpolnjevanje različnih zdravstvenih potreb.

1.Tkivni inženiring:

PCL se lahko uporablja kot material za tkivno inženirstvo za podporo rasti in diferenciacije celic ter spodbuja popravilo in regeneracijo tkiva. S tehnologijo biotiskanja je mogoče pripraviti ogrodja tkivnega inženirstva s kompleksnimi strukturami in funkcijami, da zagotavljajo boljšo podporo za popravilo in regeneracijo tkiv.

2. Kirurško načrtovanje: 

Surovine PCL se uporabljajo za tiskanje 3D modelov določenih delov bolnikov, kar kirurgom pomaga pri načrtovanju kirurških posegov in simulacijskih operacijah. To lahko izboljša kirurško natančnost in varnost ter zmanjša kirurška tveganja.

3. Medicinski pripomočki in vsadki: 

Surovine PCL se lahko uporabljajo tudi za izdelavo medicinskih pripomočkov in vsadkov, kot so kirurška vodila, zatiči za kosti, kostne plošče itd. Ti medicinski pripomočki in vsadki imajo dobro biokompatibilnost in mehanske lastnosti ter lahko izpolnjujejo različne medicinske potrebe.