A integração e inovação de materiais de poliéster degradáveis e tecnologia de impressão 3D
Materiais de poliéster degradáveis:materiais de poliéster degradáveis são uma classe de materiais de polímeros biodegradáveis, que podem ser gradualmente decompostos em pequenas moléculas no ambiente natural ou por meio da hidrólise enzimática de organismos, e eventualmente absorvidos por organismos ou descarregados do corpo. Esse tipo de material tem uma ampla perspectiva de aplicação no campo médico devido à sua boa biocompatibilidade, degradabilidade e desempenho de processamento.
Materiais comuns de poliéster degradáveis:incluindo ácido polilático (PLA), ácido poliglicólico (PGA), poliε-caprolactona (PCL), politrimetilcarbonato (PTMC), polip-diciclohexanona (PPDO) e assim por diante. O ciclo de degradação, propriedades mecânicas e hidrofilicidade desses materiais podem ser controlados por diferentes proporções de monômeros e métodos de copolimerização para atender a diferentes necessidades médicas. Materiais de poliéster degradáveis combinados com tecnologia de impressão 3D mostram grande potencial em personalização médica personalizada, podem fabricar com precisão implantes médicos complexos que atendem às necessidades de pacientes, guias cirúrgicos, etc., para atingir medicina de precisão ao mesmo tempo, o material pode ser absorvido pelo corpo após a conclusão da tarefa, reduzir o risco de cirurgia secundária e promover a reabilitação de pacientes.
Primeiro, personalização personalizada de materiais de poliéster degradáveis para fins médicos
Implementação personalizada
1. Razão de monômeros e método de copolimerização:
Ao ajustar a proporção de monômero e o modo de copolimerização de materiais de poliéster degradáveis, o período de degradação, as propriedades mecânicas e a hidrofilicidade de materiais de poliéster degradáveis podem ser regulados com precisão. Por exemplo, o copolímero PLCL de ácido polilático (PLA) e polε-caprolactona (PCL) pode controlar a taxa de degradação e as propriedades mecânicas do material alterando a proporção de PLA e PCL.
2. Projeto da estrutura da cadeia molecular:
O design da estrutura da cadeia molecular do polímero, como tamanho do peso molecular e largura de distribuição, modificação final, bloco, ramificação, reticulação, hiperramificação, etc., pode controlar ainda mais as propriedades dos materiais. Por exemplo, a resistência e a tenacidade do ácido polilático podem ser melhoradas pela introdução de segmentos de cadeia dúctil ou pela construção de redes reticuladas.
3. Controle da estrutura de agregação:
Ao controlar a estrutura de agregação de polímeros, como orientação e cristalização, o ciclo de degradação e as propriedades mecânicas dos materiais podem ser controlados. Por exemplo, o auto-reforço mecânico pode ser alcançado induzindo o PLLA a formar cristais fibrosos por meio da orientação de rascunho. O ciclo de degradação de materiais PLLA pode ser controlado ajustando a cristalinidade dos materiais PLLA com agentes nucleantes.
4. Design de mistura:
A estrutura de textura do sistema heterogêneo pode ser projetada por mistura e outros meios para controlar efetivamente o desempenho de materiais de poliéster degradáveis. Por exemplo, a resistência mecânica e a atividade biológica de compósitos de poliéster degradáveis podem ser melhoradas pela mistura de nanomateriais inorgânicos bioativos. Ao misturar o material desenvolvível, o material de poliéster desenvolvível pode receber o efeito desenvolvível.
Exemplos de aplicações personalizadas
1. Engenharia de tecidos e medicina regenerativa:
Materiais de poliéster degradáveis podem ser usados para preparar stents de engenharia de tecidos impressos em 3D, que podem ser personalizados para as necessidades específicas dos pacientes. Por exemplo, ajustando a taxa de degradação e as propriedades mecânicas do material, um scaffold pode ser preparado para combinar com o tecido do paciente, promovendo assim a regeneração e o reparo do tecido.
2. AUXÍLIOS CIRÚRGICOS:
A tecnologia de impressão 3D também pode fabricar recursos cirúrgicos, como guias cirúrgicos, modelos cirúrgicos, etc. Essas ferramentas podem ajudar os médicos a simular e planejar antes da cirurgia, melhorando a precisão e a segurança cirúrgica.
3. Dispositivos médicos biodegradáveis:
Como stents biodegradáveis, esses dispositivos podem se degradar gradualmente após a implantação no corpo, evitando os riscos de longo prazo que podem ser causados por stents metálicos tradicionais. Ao mesmo tempo, o design personalizado de stents biodegradáveis pode se adaptar melhor à estrutura vascular do paciente e melhorar o efeito do tratamento.
PCL, PLA e PLCL têm suas próprias características no campo de materiais biomédicos. PCL tem boa biocompatibilidade, degradação controlável e excelentes propriedades mecânicas. No entanto, a taxa de degradação é lenta e a resistência é relativamente baixa. PLA tem biodegradação completa, bom desempenho de processamento e alta resistência mecânica. Mas a fragilidade é grande, a taxa de degradação pode ser muito rápida.
PLCL combina a tenacidade do PCL com a força do PLA, tem ciclo de degradação controlável, excelentes propriedades mecânicas e boa biocompatibilidade. É adequado para várias aplicações de engenharia de tecidos, como reparo de cartilagem, conduto nervoso, stent vascular e reparo ósseo. A aplicação da tecnologia de manufatura aditiva PLCL na engenharia de tecidos tem vantagens e potencial significativos.
Em segundo lugar, a aplicação da tecnologia de manufatura aditiva PLCL na engenharia de tecidos
1. Stent traqueal externo:
O material PLCL com função de memória de forma é usado para preparar um stent traqueal externo com forma e tamanho personalizados por meio da tecnologia de impressão 3D. O stent pode retornar rapidamente à forma predeterminada após a implantação, fornecer suporte estável para a traqueia e ter boa biocompatibilidade e degradabilidade.
2. Implantes mamários:
Os implantes mamários personalizados são preparados usando materiais de poliéster degradáveis de acordo com os requisitos de formato e tamanho dos seios da paciente. O implante é capaz de se degradar gradualmente ao longo do tempo e eventualmente ser absorvido pelo corpo, evitando as complicações de longo prazo que podem surgir com implantes tradicionais.
3. Outros dispositivos médicos:
Materiais de poliéster degradáveis também podem ser usados para preparar implantes ortopédicos personalizados, dispositivos intervencionistas cardiovasculares, suturas absorvíveis e outros dispositivos médicos. Esses dispositivos podem ser personalizados para as necessidades individuais dos pacientes, melhorando os resultados do tratamento e a qualidade de vida dos pacientes.
O material polimérico aplicou com sucesso a tecnologia de manufatura aditiva PLCL na engenharia de tecidos e se expandiu para muitos campos, como fios de impressão 3D médica, impressão 3D biológica e impressão 3D SLS de matérias-primas de microesferas médicas.
Terceiro, a aplicação de materiais biomédicos degradáveis
Fio de impressão 3D médica
O fio médico PLA tem importante valor de aplicação na impressão 3D de reparo ósseo/craniano maxilofacial, andaimes porosos para reparo de cartilagem, andaimes vasculares, etc. Sua boa bioabsorvibilidade, alta resistência e ductilidade, e boa biocompatibilidade tornam as linhas impressas em 3D PLA amplamente utilizadas no campo médico. Exemplos incluem implantes absorvíveis para reparo ósseo maxilofacial e andaimes porosos para reparo ósseo.
Aplicação de microesferas médicas na impressão 3D SLS
Em 23 de julho de 2024, uma tecnologia chamada "A Medical 3D printing controllable microsphere preparation process" desenvolvida com sucesso pela Shenzhen Guanghua Weiye Co., Ltd. e sua subsidiária Shenzhen Jusheng Biotechnology Co., LTD., passou oficialmente na revisão do State Intellectual Property Office e ganhou a autorização de patente de invenção nacional. A invenção se concentra no desenvolvimento de um processo de preparação que garante que as microesferas usadas na impressão 3D médica tenham um tamanho de partícula e taxa de biodegradação controláveis.
O cerne do processo de preparação é obter controle preciso do tamanho das partículas e da taxa de biodegradação das microesferas, o que fornece um forte suporte para a aplicação da tecnologia de impressão 3D SLS na área médica.
1. Sistema de administração de medicamentos:
Microesferas médicas podem ser usadas como carreadoras para sistemas de administração de medicamentos, e microesferas com estruturas e propriedades específicas podem ser preparadas precisamente pela tecnologia de impressão 3D SLS. Essas microesferas podem carregar ingredientes de medicamentos e obter liberação precisa de medicamentos no corpo, melhorando a eficácia dos medicamentos e reduzindo os efeitos colaterais.
2. Andaimes de engenharia de tecidos:
A tecnologia de impressão 3D SLS pode ser usada para preparar andaimes de engenharia de tecidos com estrutura biônica e propriedades mecânicas. Como um componente de andaimes, as microesferas médicas podem fornecer o suporte e a nutrição necessários para o crescimento celular e promover a regeneração e o reparo do tecido.
3. Microambiente de cultura celular: Por meio da tecnologia de impressão 3D SLS, o microambiente de cultura celular com estrutura de microporos e geometria complexa pode ser preparado. Como parte do microambiente, as microesferas médicas podem fornecer os pontos de fixação e nutrientes necessários para o crescimento celular e otimizar as condições de cultura celular.
Bioimpressão 3D
PCL é um poliéster termoplástico com boa biocompatibilidade, degradabilidade e propriedades mecânicas. Matérias-primas de PCL podem ser processadas por diferentes tecnologias de impressão 3D (como modelagem de deposição fundida FDM, sinterização seletiva a laser SLS, etc.) para formar produtos impressos em 3D com estruturas e funções complexas.
A extrusão de partículas derretidas é um processo importante na bioimpressão, que envolve o aquecimento de partículas de PCL a um estado fundido e, em seguida, a extrusão delas por meio de um bico em uma plataforma de impressão para formar estruturas 3D camada por camada. Este processo tem as vantagens de alta precisão, alta eficiência e alta flexibilidade para atender a diferentes necessidades médicas.
1. Engenharia de tecidos:
O PCL pode ser usado como um material de andaime de engenharia de tecidos para dar suporte ao crescimento e diferenciação celular, e promover o reparo e a regeneração de tecidos. Por meio da tecnologia de bioimpressão, andaimes de engenharia de tecidos com estruturas e funções complexas podem ser preparados para fornecer melhor suporte para o reparo e a regeneração de tecidos.
2. Planejamento cirúrgico:
As matérias-primas PCL são usadas para imprimir modelos 3D de partes específicas de pacientes, o que ajuda os cirurgiões a realizar operações de planejamento e simulação cirúrgica. Isso pode melhorar a precisão e a segurança cirúrgicas e reduzir os riscos cirúrgicos.
3. Dispositivos médicos e implantes:
As matérias-primas de PCL também podem ser usadas para fabricar dispositivos médicos e implantes, como guias cirúrgicos, pinos ósseos, placas ósseas, etc. Esses dispositivos médicos e implantes têm boa biocompatibilidade e propriedades mecânicas e podem atender a diferentes necessidades médicas.
