Vật liệu y sinh tương tác với các hệ thống sinh học và được sử dụng để chẩn đoán sinh vật. Điều trị, sửa chữa và thay thế các mô bị bệnh hoặc bị hư hỏng. Một cơ quan hoặc một loại vật liệu giúp tăng cường chức năng của nó.
Trong những năm gần đây, với mức sống của người dân không ngừng được cải thiện và kéo dài tuổi thọ trung bình, nhu cầu về vật liệu y sinh đã tăng lên nhanh chóng. Vật liệu cấy ghép trên người cần được thiết kế riêng và sản xuất nhanh chóng cho từng bệnh nhân để nắm bắt cơ hội điều trị tốt nhất và giảm đau cho bệnh nhân. Tuy nhiên, các phương pháp xử lý truyền thống có chu kỳ dài và giá thành cao, đặc biệt đối với các mô cấy sinh học có hình dạng phức tạp, khó vận hành và kiểm soát bằng kỹ thuật truyền thống.
Công nghệ SLS để chuẩn bị vật liệu y sinh
Vật liệu y sinh được điều chế bằng công nghệ SLS chủ yếu là vật liệu polyme y sinh, vật liệu kim loại y sinh và vật liệu composite y sinh. Những vật liệu y tế này chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực y tế để làm các mô hình y tế, cấy ghép và bộ phận giả cũng như giàn giáo kỹ thuật mô.
1. Mô hình y tế
Ứng dụng sớm nhất của công nghệ SLS trong lĩnh vực y sinh là tạo ra các mô hình y tế để cung cấp thiết kế lâm sàng và lập kế hoạch chẩn đoán và phẫu thuật y tế, mô phỏng các quy trình phẫu thuật và giảng dạy y khoa. Dị tật sọ não là bệnh lý thường gặp trong phẫu thuật sửa chữa, có bề mặt cong phức tạp và nhiều cấu trúc rỗng. Không có phương pháp sửa chữa nào có thể đạt được hình dạng lý tưởng của hộp sọ và xương hàm cá nhân, và chỉ có thể khôi phục lại hình dạng khuôn mặt một cách đại khái, không thể đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ của bệnh nhân. Công nghệ SLS để làm mô hình hộp sọ cá nhân hóa là một giải pháp cực kỳ khả thi. Quy trình hoạt động cụ thể là:
① Vật liệu làm mô hình. Chọn mẫu hộp sọ đã được sát trùng.
② Chụp CT. Một máy quét CT được sử dụng để thực hiện quét xoắn ốc liên tục trên mẫu hộp sọ, và hình ảnh chụp cắt lớp thu được sẽ được truyền đến trạm tái tạo và được lưu trữ ở định dạng DICOM.
Tái tạo mô hình ③Ba - chiều. Phần mềm Mimics được sử dụng để tự động đọc tệp hình ảnh định dạng DICOM. Thông qua việc nhận dạng, chiết xuất và chồng chất ba - chiều của vùng mô xương, quá trình tái tạo ba - chiều của mô hình hình học của khiếm khuyết hộp sọ được hoàn thành. Dữ liệu được tái tạo được xuất ra tệp định dạng STL thông qua mô-đun CTM.
④SLS tạo mẫu nhanh. Sử dụng phần mềm phân lớp thực thể MagicsRP, các tệp định dạng STL được xếp lớp ở một khoảng thời gian nhất định để tạo tệp STL chụp ảnh theo yêu cầu của SLS và sau đó tệp STL phân lớp được đưa vào máy tạo SLS để xử lý mô hình. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng toàn diện kỹ thuật quét CT, mô hình hóa ba - chiều và kỹ thuật SLS để thiết kế các kế hoạch khác nhau cho các bệnh nhân khác nhau, hình dạng, cấu trúc và kích thước của các mô hình khiếm khuyết được cá nhân hóa và mô hình phục hồi về cơ bản giống như những của các tiêu bản hộp sọ, phù hợp với các hàm. Các yêu cầu của phẫu thuật khuôn mặt có thể được sử dụng để chẩn đoán trước phẫu thuật và lập kế hoạch phẫu thuật.
2. Cấy ghép và bộ phận giả
Implant và phục hình được làm bằng vật liệu sinh học tương thích với cơ thể người, có thể đóng vai trò điều trị và phục hồi chức năng sau khi cấy ghép hoặc đeo trên cơ thể người. Dưới góc độ kỹ thuật y sinh, máy cấy phải đáp ứng 3 điều kiện sau:
①Độ bền cơ học đủ để chịu được trọng lượng và tác động của chính cơ thể trong quá trình tập luyện;
② Khớp cá nhân để phù hợp với vị trí khuyết tật và các mô xung quanh;
③Tương thích mô sinh học tốt. Tuy nhiên, các ký tự hiện có thiếu kết hợp riêng lẻ.
Sự phát triển nhanh chóng của khoa học vật liệu, công nghệ máy tính và công nghệ SLS đã tạo điều kiện cho việc thiết kế cá nhân, sản xuất nhanh chóng và phổ biến các mô cấy.
Hai phương pháp được sử dụng để chuẩn bị cơ thể phức tạp có điểm chung: đầu tiên, chụp CT và tái tạo ba chiều - được sử dụng để lấy mô hình của quá trình phục hồi, sau đó thực thể được sản xuất bằng công nghệ SLS và cuối cùng là nhân tạo cơ thể phức tạp thu được bằng quá trình làm lại. So với các phương pháp sản xuất truyền thống, nó tiết kiệm thời gian và chi phí nguyên vật liệu, giảm các bước và chi phí sản xuất, tạo cơ sở cho việc thúc đẩy và ứng dụng công nghệ SLS trong lĩnh vực y sinh.
3. Giàn giáo kỹ thuật mô
Kỹ thuật mô là một ngành - chéo mới nổi áp dụng các nguyên tắc và phương pháp của khoa học kỹ thuật và khoa học đời sống để phát triển các chất thay thế sinh học nhằm phục hồi, duy trì hoặc cải thiện chức năng của các mô hoặc cơ quan bị tổn thương. Vật liệu sinh học được sử dụng trong giàn giáo kỹ thuật mô cần đáp ứng các yêu cầu sau:
① Cấu trúc mạng lưới xốp ba - chiều tạo điều kiện thuận lợi cho sự tăng sinh tế bào và vận chuyển các chất dinh dưỡng và chất thải trao đổi chất;
② Tương thích sinh học tốt, nghĩa là không có độc tính tế bào rõ ràng, phản ứng viêm và từ chối miễn dịch;
③ Khả năng phân hủy sinh học thích hợp, và tốc độ phân hủy phù hợp với sự phát triển và sinh sản của các tế bào mô mới;
④ Đặc tính vật lý và hóa học bề mặt thích hợp để tạo điều kiện kết dính, tăng sinh và biệt hóa tế bào;
⑤ Các đặc tính cơ sinh học nhất định có thể duy trì sự ổn định và toàn vẹn của cấu trúc và sự xuất hiện trong môi trường sinh học của cơ thể.
Các vật liệu được sử dụng cho giàn giáo kỹ thuật mô chủ yếu bao gồm vật liệu sinh học tự nhiên, gốm sứ sinh học và vật liệu polyme tổng hợp. Giàn giáo kỹ thuật mô thu được bằng các quy trình chuẩn bị truyền thống như phương pháp liên kết sợi, phương pháp lọc dung dịch đúc, phương pháp tách pha, phương pháp tạo bọt khí và phương pháp thiêu kết hạt có độ bền cơ học kém, mức độ xen kẽ các lỗ rỗng, độ xốp và cấu trúc lỗ xốp thấp Khả năng kiểm soát là không linh hoạt.
Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS sử dụng quá trình thiêu kết chọn lọc polyme hoặc vật liệu tổng hợp polyme / bioceramic để sản xuất stent. Cấu trúc vi mô của stent có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh các thông số của quá trình SLS, và các stent thu được đều là cấu trúc xốp.
Công nghệ SLS để chuẩn bị vật liệu y sinh không chỉ có thể đạt được thiết kế và xử lý cá nhân hóa để đáp ứng nhu cầu cá nhân của các bệnh nhân khác nhau, mà còn kiểm soát linh hoạt cấu trúc vi mô và đặc tính cơ học của vật liệu y sinh bằng cách điều chỉnh các thông số quy trình và phương pháp xử lý sau - của chúng. Tuy nhiên, vật liệu y sinh được điều chế bằng công nghệ SLS thường có các vấn đề như tỷ trọng thấp, bề mặt thô ráp và cơ tính thấp, đặc biệt là vật liệu tổng hợp polyme và polyme / gốm không đáp ứng được yêu cầu tương thích cơ học của vật liệu y sinh. Tuy nhiên, bằng cách sử dụng các đặc tính này của công nghệ SLS, rất thuận tiện để chuẩn bị các vật liệu kim loại thô và xốp có lợi cho sự kết dính và phát triển của tế bào, đặc biệt là vật liệu titan và hợp kim titan có tính tương thích sinh học và cơ tính tuyệt vời. Đây sẽ là Công nghệ SLS là một hướng phát triển quan trọng trong lĩnh vực điều chế vật liệu y sinh.