Les matériaux biomédicaux interagissent avec les systèmes biologiques et sont utilisés pour diagnostiquer les organismes. Traitement, réparation et remplacement des tissus malades ou endommagés. Un organe ou un type de matériau qui améliore sa fonction.
Ces dernières années, avec l'amélioration continue du niveau de vie des personnes et l'allongement de la durée de vie moyenne, la demande de matériaux biomédicaux a augmenté rapidement. Les implants humains doivent être conçus individuellement et fabriqués rapidement pour chaque patient afin de saisir la meilleure opportunité de traitement et de soulager la douleur du patient. Cependant, les méthodes de traitement traditionnelles ont un cycle long et un coût élevé, en particulier pour les implants biologiques aux formes complexes difficiles à opérer et à contrôler avec les techniques traditionnelles.
La technologie SLS pour préparer des matériaux biomédicaux
Les matériaux biomédicaux préparés par la technologie SLS sont principalement des matériaux polymères biomédicaux, des matériaux métalliques biomédicaux et des matériaux composites biomédicaux. Ces matériaux médicaux sont principalement utilisés dans le domaine médical pour fabriquer des modèles médicaux, des implants et des prothèses, et des échafaudages d'ingénierie tissulaire.
1. Modèle médical
La première application de la technologie SLS dans le domaine de la biomédecine a été de créer des modèles médicaux pour fournir la conception clinique et la planification du diagnostic médical et de la chirurgie, la simulation des procédures chirurgicales et l'enseignement médical. Le défaut craniomaxillofacial est une maladie courante dans la réparation chirurgicale, avec des surfaces courbes complexes et de nombreuses structures creuses. Aucune des méthodes de réparation existantes ne peut atteindre la forme idéale du crâne et de la mâchoire individuels, et ne peut que restaurer grossièrement la forme du visage, qui ne peut pas répondre aux exigences esthétiques du patient. La technologie SLS pour fabriquer un modèle de crâne personnalisé est une solution extrêmement réalisable. Le processus de fonctionnement spécifique est :
① Matériaux de modélisation. Choisissez un échantillon de crâne antiseptique.
② Tomodensitométrie. Un scanner CT est utilisé pour effectuer un balayage en spirale continu sur le spécimen de crâne, et les images tomographiques obtenues sont transmises au poste de travail de reconstruction et stockées au format DICOM.
③Reconstruction du modèle tridimensionnel. Le logiciel Mimics est utilisé pour lire automatiquement le fichier image au format DICOM. Grâce à la reconnaissance, l'extraction et la superposition tridimensionnelle de la zone de tissu osseux, la reconstruction tridimensionnelle du modèle géométrique du défaut crânien est terminée. Les données reconstruites sont sorties dans le fichier au format STL via le module CTM.
④Prototypage rapide SLS. À l'aide du logiciel de superposition d'entités MagicsRP, les fichiers au format STL sont superposés à un certain intervalle pour générer le fichier STL tomographique requis par SLS, puis le fichier STL en couches est entré dans la machine de formage SLS pour traiter le modèle. Des études ont montré que l'utilisation complète de la tomodensitométrie, de la modélisation tridimensionnelle et des techniques SLS pour concevoir différents plans pour différents patients, la forme, la structure et la taille des modèles de défauts personnalisés et des modèles de restauration sont fondamentalement les mêmes que celles des spécimens de crâne , qui sont alignés avec les mâchoires. Les exigences de la chirurgie faciale peuvent être utilisées pour le diagnostic préopératoire et la planification chirurgicale.
2. Implants et prothèses
L'implant et la prothèse sont constitués de matériaux biologiques compatibles avec le corps humain, et peuvent jouer un rôle dans le traitement et la rééducation après implantation ou port du corps humain. Du point de vue du génie biomédical, l'implanteur doit répondre aux 3 conditions suivantes :
①Résistance mécanique suffisante pour supporter le poids et l'impact du corps pendant l'exercice ;
②Adaptation individuelle pour correspondre au site du défaut et aux tissus environnants ;
③Bonne compatibilité des tissus biologiques. Cependant, les caractères existants manquent de correspondance individuelle.
Le développement rapide de la science des matériaux, de la technologie informatique et de la technologie SLS a rendu possible la conception individuelle, la fabrication rapide et la vulgarisation des implants.
Les deux méthodes utilisées pour préparer le corps complexe ont en commun : premièrement, le scanner et la reconstruction tridimensionnelle sont utilisés pour obtenir le modèle de la restauration, puis l'entité est fabriquée par la technologie SLS, et enfin le corps complexe artificiel est obtenu par le processus de retouche. Par rapport aux méthodes de production traditionnelles, il permet d'économiser du temps et des coûts matériels, réduit les étapes et les coûts de production et fournit une base pour la promotion et l'application de la technologie SLS dans le domaine de la biomédecine.
3. Échafaudage d'ingénierie tissulaire
L'ingénierie tissulaire est une discipline interdisciplinaire émergente qui applique les principes et les méthodes des sciences de l'ingénieur et des sciences de la vie pour développer des substituts biologiques pour restaurer, maintenir ou améliorer la fonction des tissus ou des organes endommagés. Les biomatériaux utilisés dans les échafaudages d'ingénierie tissulaire doivent répondre aux exigences suivantes :
① La structure tridimensionnelle du réseau poreux facilite la prolifération cellulaire et le transfert des nutriments et des déchets métaboliques ;
②Bonne biocompatibilité, c'est-à-dire pas de cytotoxicité évidente, de réaction inflammatoire et de rejet immunitaire ;
③Biodégradabilité appropriée et le taux de dégradation correspond à la croissance et à la reproduction de nouvelles cellules tissulaires ;
④Propriétés physiques et chimiques de surface appropriées pour faciliter l'adhésion, la prolifération et la différenciation cellulaires ;
⑤ Certaines propriétés biomécaniques peuvent maintenir la stabilité et l'intégrité de la structure et de l'apparence dans l'environnement biologique du corps.
Les matériaux utilisés pour les échafaudages d'ingénierie tissulaire comprennent principalement des biomatériaux naturels, des biocéramiques et des matériaux polymères synthétiques. Les échafaudages d'ingénierie tissulaire obtenus par des procédés de préparation traditionnels tels que la méthode de liaison des fibres, la méthode de lixiviation par coulée en solution, la méthode de séparation de phases, la méthode de moussage de gaz et la méthode de frittage de particules ont une faible résistance mécanique, un faible degré d'interpénétration des pores, de la porosité et de la structure des pores. La contrôlabilité est pas souple.
La technologie de prototypage rapide SLS utilise le frittage sélectif de polymères ou de composites polymère/biocéramique pour fabriquer des stents. La microstructure du stent peut être contrôlée en ajustant les paramètres du processus SLS, et les stents obtenus sont tous des structures poreuses.
La technologie SLS pour préparer des matériaux biomédicaux peut non seulement réaliser une conception et un traitement personnalisés pour répondre aux besoins individuels de différents patients, mais également contrôler de manière flexible la microstructure et les propriétés mécaniques des matériaux biomédicaux en ajustant leurs paramètres de processus et leurs méthodes de post-traitement. Cependant, les matériaux biomédicaux préparés par la technologie SLS présentent généralement des problèmes tels qu'une faible densité, une surface rugueuse et de faibles propriétés mécaniques, en particulier les matériaux polymères et composites polymère/céramique, qui ne peuvent pas répondre aux exigences de compatibilité mécanique des matériaux biomédicaux. Cependant, en utilisant ces caractéristiques de la technologie SLS, il est pratique de préparer des matériaux métalliques rugueux et poreux propices à l'adhésion et à la croissance cellulaire, en particulier des matériaux en titane et en alliage de titane avec une excellente biocompatibilité et des propriétés mécaniques. Ce sera SLS Technology est une direction de développement importante dans le domaine de la préparation de matériaux biomédicaux.