Integrácia a inovácia rozložiteľných polyesterových materiálov a technológie 3D tlače

Rozložiteľné polyesterové materiály:degradovateľné polyesterové materiály sú triedou biodegradovateľných polymérnych materiálov, ktoré sa môžu v prirodzenom prostredí alebo enzymatickou hydrolýzou organizmov postupne rozložiť na malé molekuly a prípadne ich organizmy absorbovať alebo vylúčiť z tela. Tento druh materiálu má široké uplatnenie v oblasti medicíny vďaka svojej dobrej biokompatibilite, degradovateľnosti a spracovateľskému výkonu.

Bežné odbúrateľné polyesterové materiály:vrátane kyseliny polymliečnej (PLA), kyseliny polyglykolovej (PGA), polyε-kaprolaktónu (PCL), polytrimetylkarbonátu (PTMC), polyp-dicyklohexanónu (PPDO) a tak ďalej. Degradačný cyklus, mechanické vlastnosti a hydrofilnosť týchto materiálov môžu byť kontrolované rôznymi pomermi monomérov a kopolymerizačnými metódami, aby sa splnili rôzne medicínske potreby. Rozložiteľné polyesterové materiály v kombinácii s technológiou 3D tlače vykazujú veľký potenciál v personalizovanom lekárskom prispôsobení, dokážu presne vyrábať komplexné lekárske implantáty, ktoré spĺňajú potreby pacientov, chirurgických sprievodcov atď., Aby sa zároveň dosiahla presná medicína, materiál môže byť absorbovaný tela po dokončení úlohy, znížiť riziko sekundárneho chirurgického zákroku a podporiť rehabilitáciu pacientov.

Po prvé, personalizované prispôsobenie rozložiteľných polyesterových materiálov na lekárske účely

Personalizovaná implementácia

1. Pomer monomérov a spôsob kopolymerizácie:

Úpravou pomeru monomérov a spôsobu kopolymerizácie degradovateľných polyesterových materiálov možno presne regulovať dobu degradácie, mechanické vlastnosti a hydrofilnosť degradovateľných polyesterových materiálov. Napríklad kopolymér PLCL kyseliny polymliečnej (PLA) a polε-kaprolaktónu (PCL) môže riadiť rýchlosť degradácie a mechanické vlastnosti materiálu zmenou pomeru PLA a PCL.

2. Návrh štruktúry molekulárneho reťazca: 

Návrh štruktúry molekulového reťazca polyméru, ako je veľkosť molekulovej hmotnosti a šírka distribúcie, modifikácia konca, blok, vetvenie, zosieťovanie, hyperrozvetvený atď., môže ďalej kontrolovať vlastnosti materiálov. Napríklad pevnosť a húževnatosť kyseliny polymliečnej možno zlepšiť zavedením segmentov tvárneho reťazca alebo vytvorením zosieťovaných sietí.

3. Kontrola agregačnej štruktúry: 

Riadením agregačnej štruktúry polymérov, ako je orientácia a kryštalizácia, možno riadiť degradačný cyklus a mechanické vlastnosti materiálov. Napríklad mechanické samozosilnenie možno dosiahnuť indukovaním PLLA na vytvorenie vláknitých kryštálov prostredníctvom orientácie ťahu. Degradačný cyklus materiálov PLLA možno kontrolovať úpravou kryštalinity materiálov PLLA pomocou nukleačných činidiel.

4. Miešací dizajn: 

Štruktúra textúry heterogénneho systému môže byť navrhnutá zmiešaním a inými prostriedkami na účinnú kontrolu výkonu degradovateľných polyesterových materiálov. Napríklad mechanickú pevnosť a biologickú aktivitu degradovateľných polyesterových kompozitov možno zlepšiť zmiešaním bioaktívnych anorganických nanomateriálov. Zmiešaním vyvíjateľného materiálu možno vyvolať vyvíjateľný polyesterový materiál.

Personalizované príklady aplikácií

1. Tkanivové inžinierstvo a regeneratívna medicína: 

Rozložiteľné polyesterové materiály možno použiť na prípravu 3D tlačených stentov tkanivového inžinierstva, ktoré možno prispôsobiť špecifickým potrebám pacientov. Napríklad nastavením rýchlosti degradácie a mechanických vlastností materiálu možno pripraviť lešenie tak, aby zodpovedalo tkanivu pacienta, čím sa podporí regenerácia a oprava tkaniva.

2. Chirurgický AIDS: 

Technológia 3D tlače môže tiež vyrábať chirurgické pomôcky, ako sú chirurgické návody, chirurgické modely atď. Tieto nástroje môžu lekárom pomôcť pri simulácii a plánovaní pred operáciou, čím sa zlepší chirurgická presnosť a bezpečnosť.

3. Biologicky odbúrateľné zdravotnícke pomôcky: 

Ako napríklad biodegradovateľné stenty, tieto zariadenia môžu po implantácii do tela postupne degradovať, čím sa vyhnú dlhodobým rizikám, ktoré môžu byť spôsobené tradičnými kovovými stentmi. Personalizovaný dizajn biodegradovateľných stentov sa zároveň dokáže lepšie prispôsobiť cievnej štruktúre pacienta a zlepšiť efekt liečby.

PCL, PLA a PLCL majú svoje vlastné charakteristiky v oblasti biomedicínskych materiálov. PCL má dobrú biokompatibilitu, kontrolovateľnú degradáciu a vynikajúce mechanické vlastnosti. Rýchlosť degradácie je však pomalá a pevnosť relatívne nízka. PLA má úplnú biologickú odbúrateľnosť, dobrý spracovateľský výkon a vysokú mechanickú pevnosť. Ale krehkosť je veľká, rýchlosť degradácie môže byť príliš rýchla.

PLCL spája húževnatosť PCL s pevnosťou PLA, má kontrolovateľný cyklus degradácie, vynikajúce mechanické vlastnosti a dobrú biokompatibilitu. Je vhodný pre rôzne aplikácie tkanivového inžinierstva, ako je oprava chrupavky, nervovej trubice, cievneho stentu a opravy kostí. Aplikácia technológie aditívnej výroby PLCL v tkanivovom inžinierstve má významné výhody a potenciál.

Po druhé, aplikácia technológie aditívnej výroby PLCL v tkanivovom inžinierstve

1. Vonkajší tracheálny stent: 

PLCL materiál s funkciou tvarovej pamäte sa používa na prípravu externého tracheálneho stentu s personalizovaným tvarom a veľkosťou pomocou technológie 3D tlače. Stent sa môže po implantácii rýchlo vrátiť do vopred určeného tvaru, poskytuje stabilnú podporu pre priedušnicu a má dobrú biokompatibilitu a degradovateľnosť.

2. Prsné implantáty: 

Personalizované prsné implantáty sa pripravujú s použitím degradovateľných polyesterových materiálov podľa požiadaviek na tvar a veľkosť prsníka pacientky. Implantát je schopný postupne degradovať v priebehu času a nakoniec byť absorbovaný telom, čím sa zabráni dlhodobým komplikáciám, ktoré môžu prísť s tradičnými implantátmi.

3. Iné zdravotnícke pomôcky: 

Rozložiteľné polyesterové materiály možno použiť aj na prípravu personalizovaných ortopedických implantátov, kardiovaskulárnych intervenčných zariadení, absorbovateľných stehov a iných zdravotníckych pomôcok. Tieto zariadenia je možné prispôsobiť individuálnym potrebám pacientov, čím sa zlepšujú výsledky liečby a kvalita života pacientov.

Polymérny materiál úspešne aplikoval technológiu výroby aditív PLCL v tkanivovom inžinierstve a rozšíril sa do mnohých oblastí, ako je lekársky 3D tlačový drôt, biologická 3D tlač a SLS 3D tlač medicínskych mikrosférických surovín.

Po tretie, aplikácia rozložiteľných biomedicínskych materiálov

Lekársky drôt na 3D tlač

PLA lekársky drôt má dôležitú aplikačnú hodnotu pri 3D tlači na opravu maxilofaciálnej kosti/lebky, poréznych lešení na opravu chrupaviek, cievnych lešeniach atď. Jeho dobrá biologická vstrebateľnosť, vysoká pevnosť a ťažnosť a dobrá biokompatibilita robia z PLA 3D tlačené linky široko používané v oblasti medicíny. Príklady zahŕňajú absorbovateľné implantáty na opravu maxilofaciálnej kosti a porézne kostné lešenia.

Aplikácia medicínskych mikroguľôčok v SLS 3D tlači

Dňa 23. júla 2024 technológia s názvom "A Medical 3D print controlable microguličková príprava " úspešne vyvinutá spoločnosťou Shenzhen Guanghua Weiye Co., Ltd. a jej dcérskou spoločnosťou Shenzhen Jusheng Biotechnology Co., LTD., oficiálne prešla kontrolou Štátneho úradu pre duševné vlastníctvo. a získal autorizáciu národného patentu na vynález. Vynález sa zameriava na vývoj spôsobu prípravy, ktorý zaisťuje, že mikroguľôčky používané v lekárskej 3D tlači majú kontrolovateľnú veľkosť častíc a rýchlosť biodegradácie.

Jadrom procesu prípravy je dosiahnutie presnej kontroly veľkosti častíc a rýchlosti biodegradácie mikroguľôčok, čo poskytuje silnú podporu pre aplikáciu technológie SLS 3D tlače v oblasti medicíny.

1. Systém podávania liekov:

Lekárske mikroguľôčky môžu byť použité ako nosiče pre systémy podávania liekov a mikroguľôčky so špecifickými štruktúrami a vlastnosťami môžu byť presne pripravené technológiou SLS 3D tlače. Tieto mikroguľôčky môžu niesť zložky liečiva a dosiahnuť presné uvoľňovanie liečiva v tele, čím sa zlepšuje účinnosť liečiva a znižujú sa vedľajšie účinky.

2. Lešenie tkanivového inžinierstva: 

Technológia 3D tlače SLS môže byť použitá na prípravu tkanivového inžinierskeho lešenia s bionickou štruktúrou a mechanickými vlastnosťami. Ako súčasť skafoldov môžu lekárske mikroguľôčky poskytnúť podporu a výživu potrebnú pre rast buniek a podporiť regeneráciu a opravu tkaniva.

3. Mikroprostredie bunkovej kultúry: Prostredníctvom technológie SLS 3D tlače je možné pripraviť mikroprostredie bunkovej kultúry s mikropórovou štruktúrou a komplexnou geometriou. Ako súčasť mikroprostredia môžu lekárske mikroguľôčky poskytnúť body pripojenia a živiny potrebné pre rast buniek a optimalizovať podmienky bunkovej kultúry.

3D biotlač

PCL je termoplastický polyester s dobrou biokompatibilitou, odbúrateľnosťou a mechanickými vlastnosťami. Suroviny PCL môžu byť spracované rôznymi technológiami 3D tlače (ako je modelovanie tavenej depozície FDM, selektívne laserové spekanie SLS atď.), aby sa vytvorili 3D tlačené produkty so zložitými štruktúrami a funkciami.

Extrúzia taveniny častíc je dôležitý proces v biotlači, ktorý zahŕňa zahrievanie častíc PCL do roztaveného stavu a ich následné vytláčanie cez trysku na tlačovú platformu, aby sa vytvorili 3D štruktúry vrstvu po vrstve. Tento proces má výhody vysokej presnosti, vysokej účinnosti a vysokej flexibility na splnenie rôznych medicínskych potrieb.

1. Tkanivové inžinierstvo:

PCL sa môže použiť ako materiál tkanivového inžinierstva na podporu rastu a diferenciácie buniek a na podporu opravy a regenerácie tkaniva. Prostredníctvom technológie biotlače možno pripraviť lešenia tkanivového inžinierstva so zložitými štruktúrami a funkciami, ktoré poskytnú lepšiu podporu pri oprave a regenerácii tkaniva.

2. Chirurgické plánovanie: 

Suroviny PCL sa používajú na tlač 3D modelov špecifických častí pacientov, čo pomáha chirurgom vykonávať chirurgické plánovanie a simulačné operácie. To môže zlepšiť chirurgickú presnosť a bezpečnosť a znížiť chirurgické riziká.

3. Zdravotnícke pomôcky a implantáty: 

Suroviny PCL možno použiť aj na výrobu zdravotníckych pomôcok a implantátov, ako sú chirurgické vodidlá, kostné kolíky, kostné platničky atď. Tieto zdravotnícke pomôcky a implantáty majú dobrú biokompatibilitu a mechanické vlastnosti a môžu spĺňať rôzne medicínske potreby.