Penyepaduan dan inovasi bahan poliester terurai dan teknologi percetakan 3D

Bahan poliester boleh terurai:bahan poliester terurai ialah kelas bahan polimer terbiodegradasi, yang boleh diuraikan secara beransur-ansur menjadi molekul kecil dalam persekitaran semula jadi atau melalui hidrolisis enzimatik organisma, dan akhirnya diserap oleh organisma atau dilepaskan daripada badan. Bahan jenis ini mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam bidang perubatan kerana biokompatibiliti, kebolehdegradasian dan prestasi pemprosesan yang baik.

Bahan poliester mudah terurai biasa:termasuk asid polylactic (PLA), asid polyglycolic (PGA), polyε-caprolactone (PCL), polytrimethylcarbonate (PTMC), polyp-dicyclohexanone (PPDO) dan sebagainya. Kitaran degradasi, sifat mekanikal dan hidrofilik bahan ini boleh dikawal oleh nisbah monomer dan kaedah kopolimerisasi yang berbeza untuk memenuhi keperluan perubatan yang berbeza. Bahan poliester yang boleh terurai digabungkan dengan teknologi percetakan 3D menunjukkan potensi besar dalam penyesuaian perubatan yang diperibadikan, dengan tepat boleh mengeluarkan implan perubatan kompleks yang memenuhi keperluan pesakit, panduan pembedahan, dan lain-lain, untuk mencapai ubat ketepatan pada masa yang sama, bahan boleh diserap oleh badan selepas selesai tugas, mengurangkan risiko pembedahan sekunder, dan menggalakkan pemulihan pesakit.

Pertama, penyesuaian diperibadikan bahan poliester terurai untuk tujuan perubatan

Pelaksanaan diperibadikan

1. Nisbah monomer dan kaedah kopolimerisasi:

Dengan melaraskan nisbah monomer dan mod kopolimerisasi bahan poliester terurai, tempoh degradasi, sifat mekanikal dan hidrofilik bahan poliester boleh terurai boleh dikawal dengan tepat. Sebagai contoh, kopolimer PLCL asid polilaktik (PLA) dan polε-kaprolakton (PCL) boleh mengawal kadar degradasi dan sifat mekanikal bahan dengan menukar nisbah PLA dan PCL.

2. Reka bentuk struktur rantai molekul: 

Reka bentuk struktur rantai molekul polimer seperti saiz berat molekul dan lebar pengedaran, pengubahsuaian hujung, blok, bercabang, silang silang, bercabang hiper, dan lain-lain, boleh mengawal lagi sifat bahan. Sebagai contoh, kekuatan dan keliatan asid polilaktik boleh dipertingkatkan dengan memperkenalkan segmen rantai mulur atau membina rangkaian bersilang.

3. Kawalan struktur pengagregatan: 

Dengan mengawal struktur pengagregatan polimer seperti orientasi dan penghabluran, kitaran degradasi dan sifat mekanikal bahan boleh dikawal. Sebagai contoh, pengukuhan diri mekanikal boleh dicapai dengan mendorong PLLA untuk membentuk kristal berserabut melalui orientasi draf. Kitaran degradasi bahan PLLA boleh dikawal dengan melaraskan kehabluran bahan PLLA dengan agen nukleus.

4. Reka bentuk gabungan: 

Struktur tekstur sistem heterogen boleh direka bentuk dengan mengadun dan cara lain untuk mengawal prestasi bahan poliester yang boleh terurai dengan berkesan. Sebagai contoh, kekuatan mekanikal dan aktiviti biologi komposit poliester boleh terurai boleh dipertingkatkan dengan mengadun bahan nano bukan organik bioaktif. Dengan mengadun bahan boleh dibangunkan, bahan poliester boleh dibangunkan boleh diberi kesan boleh dibangunkan.

Contoh aplikasi peribadi

1. Kejuruteraan tisu dan perubatan regeneratif: 

Bahan poliester boleh terurai boleh digunakan untuk menyediakan stent kejuruteraan tisu bercetak 3D, yang boleh diperibadikan kepada keperluan khusus pesakit. Sebagai contoh, dengan melaraskan kadar degradasi dan sifat mekanikal bahan, perancah boleh disediakan untuk memadankan tisu pesakit, dengan itu menggalakkan pertumbuhan semula dan pembaikan tisu.

2. AIDS Pembedahan: 

Teknologi percetakan 3D juga boleh mengeluarkan AIDS pembedahan, seperti panduan pembedahan, model pembedahan, dll. Alat ini boleh membantu doktor membuat simulasi dan merancang sebelum pembedahan, meningkatkan ketepatan dan keselamatan pembedahan.

3. Peranti perubatan biodegradasi: 

Seperti stent biodegradasi, peranti ini boleh merosot secara beransur-ansur selepas implantasi dalam badan, mengelakkan risiko jangka panjang yang mungkin disebabkan oleh stent logam tradisional. Pada masa yang sama, reka bentuk peribadi stent terbiodegradasi boleh menyesuaikan diri dengan lebih baik kepada struktur vaskular pesakit dan meningkatkan kesan rawatan.

PCL, PLA dan PLCL mempunyai ciri tersendiri dalam bidang bahan bioperubatan. PCL mempunyai biokompatibiliti yang baik, degradasi terkawal dan sifat mekanikal yang sangat baik. Walau bagaimanapun, kadar degradasi adalah perlahan dan kekuatannya agak rendah. PLA mempunyai biodegradasi lengkap, prestasi pemprosesan yang baik dan kekuatan mekanikal yang tinggi. Tetapi kerapuhannya besar, kadar degradasi mungkin terlalu cepat.

PLCL menggabungkan keliatan PCL dengan kekuatan PLA, mempunyai kitaran degradasi yang boleh dikawal, sifat mekanikal yang sangat baik dan biokompatibiliti yang baik. Ia sesuai untuk pelbagai aplikasi kejuruteraan tisu seperti pembaikan rawan, saluran saraf, stent vaskular dan pembaikan tulang. Aplikasi teknologi pembuatan aditif PLCL dalam kejuruteraan tisu mempunyai kelebihan dan potensi yang ketara.

Kedua, penerapan teknologi pembuatan aditif PLCL dalam kejuruteraan tisu

1. Stent trakea luaran: 

Bahan PLCL dengan fungsi memori bentuk digunakan untuk menyediakan stent trakea luaran dengan bentuk dan saiz yang diperibadikan melalui teknologi percetakan 3D. Stent boleh kembali dengan cepat kepada bentuk yang telah ditetapkan selepas implantasi, memberikan sokongan yang stabil untuk trakea, dan mempunyai biokompatibiliti dan keterdegradasian yang baik.

2. Implan payudara: 

Implan payudara peribadi disediakan menggunakan bahan poliester yang boleh terurai mengikut keperluan bentuk dan saiz payudara pesakit. Implan mampu merosot secara beransur-ansur dari masa ke masa dan akhirnya diserap oleh badan, mengelakkan komplikasi jangka panjang yang boleh datang dengan implan tradisional.

3. Peranti perubatan lain: 

Bahan poliester boleh terurai juga boleh digunakan untuk menyediakan implan ortopedik yang diperibadikan, peranti intervensi kardiovaskular, jahitan boleh serap dan peranti perubatan lain. Peranti ini boleh disesuaikan mengikut keperluan individu pesakit, meningkatkan hasil rawatan dan kualiti hidup pesakit.

Bahan polimer telah berjaya menggunakan teknologi pembuatan aditif PLCL dalam kejuruteraan tisu, dan telah berkembang ke banyak bidang seperti wayar percetakan 3D perubatan, pencetakan 3D biologi, dan percetakan 3D SLS bahan mentah mikrosfera perubatan.

Ketiga, penggunaan bahan bioperubatan yang boleh terurai

Kawat percetakan 3D perubatan

Kawat perubatan PLA mempunyai nilai aplikasi yang penting dalam pembaikan tulang maksilofasial/tengkorak percetakan 3D, pembaikan tulang rawan perancah berliang, perancah vaskular, dan lain-lain. Kebolehserapan bio yang baik, kekuatan tinggi dan kemuluran serta biokompatibiliti yang baik menjadikan garisan cetakan PLA 3D digunakan secara meluas dalam bidang perubatan. Contohnya termasuk implan pembaikan tulang maksilofasial yang boleh diserap dan perancah pembaikan tulang berliang.

Penggunaan mikrosfera perubatan dalam percetakan 3D SLS

Pada 23 Julai 2024, teknologi bernama "A Perubatan percetakan 3D proses penyediaan mikrosfera terkawal" berjaya dibangunkan oleh Shenzhen Guanghua Weiye Co., Ltd. dan anak syarikatnya Shenzhen Jusheng Biotechnology Co., LTD., secara rasmi meluluskan semakan Pejabat Harta Intelek Negeri dan memenangi kebenaran paten ciptaan kebangsaan. Ciptaan ini memberi tumpuan kepada membangunkan proses penyediaan yang memastikan mikrosfera yang digunakan dalam percetakan 3D perubatan mempunyai saiz zarah yang boleh dikawal dan kadar biodegradasi.

Teras proses penyediaan adalah untuk mencapai kawalan tepat saiz zarah dan kadar biodegradasi mikrosfera, yang memberikan sokongan kuat untuk aplikasi teknologi percetakan 3D SLS dalam bidang perubatan.

1. Sistem Penyampaian Ubat:

Mikrosfera perubatan boleh digunakan sebagai pembawa untuk sistem penghantaran ubat, dan mikrosfera dengan struktur dan sifat tertentu boleh disediakan dengan tepat oleh teknologi percetakan 3D SLS. Mikrosfera ini boleh membawa bahan ubat dan mencapai pelepasan ubat yang tepat dalam badan, meningkatkan keberkesanan ubat dan mengurangkan kesan sampingan.

2. Perancah kejuruteraan tisu: 

Teknologi percetakan 3D SLS boleh digunakan untuk menyediakan perancah kejuruteraan tisu dengan struktur bionik dan sifat mekanikal. Sebagai komponen perancah, mikrosfera perubatan boleh memberikan sokongan dan pemakanan yang diperlukan untuk pertumbuhan sel dan menggalakkan pertumbuhan semula dan pembaikan tisu.

3. Persekitaran mikro kultur sel: Melalui teknologi percetakan 3D SLS, persekitaran mikro kultur sel dengan struktur mikropori dan geometri kompleks boleh disediakan. Sebagai sebahagian daripada persekitaran mikro, mikrosfera perubatan boleh menyediakan titik lampiran dan nutrien yang diperlukan untuk pertumbuhan sel dan mengoptimumkan keadaan kultur sel.

Pencetakan bio 3D

PCL ialah poliester termoplastik dengan biokompatibiliti, kebolehdegradasian dan sifat mekanikal yang baik. Bahan mentah PCL boleh diproses oleh teknologi pencetakan 3D yang berbeza (seperti pemodelan pemendapan bersatu FDM, SLS pensinteran laser terpilih, dll.) untuk membentuk produk bercetak 3D dengan struktur dan fungsi yang kompleks.

Penyemperitan cair zarah ialah proses penting dalam pencetakan bio, yang melibatkan pemanasan zarah PCL kepada keadaan cair dan kemudian penyemperitannya melalui muncung ke platform percetakan untuk membentuk struktur 3D lapisan demi lapisan. Proses ini mempunyai kelebihan ketepatan tinggi, kecekapan tinggi dan fleksibiliti tinggi untuk memenuhi keperluan perubatan yang berbeza.

1. Kejuruteraan tisu:

PCL boleh digunakan sebagai bahan perancah kejuruteraan tisu untuk menyokong pertumbuhan dan pembezaan sel, dan menggalakkan pembaikan dan penjanaan semula tisu. Melalui teknologi bioprinting, perancah kejuruteraan tisu dengan struktur dan fungsi yang kompleks boleh disediakan untuk memberikan sokongan yang lebih baik untuk pembaikan dan penjanaan semula tisu.

2. Perancangan pembedahan: 

Bahan mentah PCL digunakan untuk mencetak model 3D bahagian tertentu pesakit, yang membantu pakar bedah menjalankan perancangan pembedahan dan operasi simulasi. Ini boleh meningkatkan ketepatan dan keselamatan pembedahan serta mengurangkan risiko pembedahan.

3. Peranti perubatan dan implan: 

Bahan mentah PCL juga boleh digunakan untuk mengeluarkan peranti dan implan perubatan, seperti panduan pembedahan, pin tulang, plat tulang, dsb. Peranti dan implan perubatan ini mempunyai biokompatibiliti dan sifat mekanikal yang baik serta boleh memenuhi keperluan perubatan yang berbeza.