יישום הדפסת תלת מימד SLS בתעשיית הייצור הרפואי

חומרים ביו-רפואיים מקיימים אינטראקציה עם מערכות ביולוגיות ומשמשים לאבחון אורגניזמים. טיפול, תיקון והחלפה של רקמות חולות או פגומות. איבר או סוג של חומר המשפר את תפקודו.

בשנים האחרונות, עם השיפור המתמיד ברמת החיים של אנשים והארכת תוחלת החיים הממוצעת, הביקוש לחומרים ביו-רפואיים גדל במהירות. שתלים אנושיים צריכים להיות מתוכננים באופן אינדיבידואלי ויוצרים במהירות עבור כל מטופל על מנת לנצל את ההזדמנות הטיפולית הטובה ביותר ולהקל על כאביו של המטופל. עם זאת, לשיטות עיבוד מסורתיות יש מחזור ארוך ועלות גבוהה, במיוחד עבור שתלים ביולוגיים בעלי צורות מורכבות שקשה לתפעל ולשלוט בטכניקות מסורתיות.

טכנולוגיית SLS להכנת חומרים ביו-רפואיים

החומרים הביו-רפואיים המוכנים בטכנולוגיית SLS הם בעיקר חומרים פולימרים ביו-רפואיים, חומרי מתכת ביו-רפואיים וחומרים מרוכבים ביו-רפואיים. חומרים רפואיים אלו משמשים בעיקר בתחום הרפואי לייצור דגמים רפואיים, שתלים ותותבות ופיגומים להנדסת רקמות.

1. מודל רפואי

היישום המוקדם ביותר של טכנולוגיית SLS בתחום הביו-רפואה היה יצירת מודלים רפואיים כדי לספק תכנון ותכנון קליני של אבחון וניתוח רפואי, סימולציה של פרוצדורות כירורגיות והוראה רפואית. פגם קרניומקסילופסיאלי הוא מחלה שכיחה בתיקון כירורגי, עם משטחים מעוקלים מורכבים ומבנים חלולים רבים. אף אחת משיטות התיקון הקיימות לא יכולה להשיג את הצורה האידיאלית של הגולגולת והלסת הבודדים, והיא יכולה רק לשחזר באופן גס את צורת הפנים, שאינה יכולה לעמוד בדרישות האסתטיות של המטופל. טכנולוגיית SLS לייצור מודל גולגולת מותאם אישית היא פתרון ריאלי ביותר. תהליך הפעולה הספציפי הוא:

① חומרי דוגמנות. בחר דגימת גולגולת חיטוי.

② סריקת CT. סורק CT משמש לביצוע סריקה ספירלית רציפה על דגימת הגולגולת, והתמונות הטומוגרפיות המתקבלות מועברות לתחנת העבודה לשחזור ומאוחסנות בפורמט DICOM.

③ שחזור מודל תלת מימדי. תוכנת Mimics משמשת לקריאה אוטומטית של קובץ התמונה בפורמט DICOM. באמצעות זיהוי, מיצוי וסופרפוזיציה תלת מימדית של אזור רקמת העצם, הושלם השחזור התלת מימדי של המודל הגיאומטרי של פגם הגולגולת. הנתונים המשוחזרים מופקים לקובץ פורמט STL דרך מודול CTM.

④SLS אבות טיפוס מהיר. באמצעות תוכנת שכבות הישויות MagicsRP, קבצי פורמט STL מרובדים במרווח מסוים כדי ליצור את קובץ ה-STL הטומוגרפי הנדרש על-ידי SLS, ולאחר מכן קובץ ה-STL השכבתי מוזן למכונה ליצירת SLS כדי לעבד את המודל. מחקרים הראו שהשימוש המקיף בסריקת CT, מודלים תלת מימדיים וטכניקות SLS לתכנון תוכניות שונות עבור מטופלים שונים, הצורה, המבנה והגודל של דגמי הפגמים המותאמים אישית ומודלים לשחזור זהים בעצם לאלו של דגימות הגולגולת. , שנמצאות בקו אחד עם הלסתות. ניתן להשתמש בדרישות של ניתוחי פנים לאבחון טרום ניתוחי ולתכנון ניתוחי.

2. שתלים ותותבות

השתל והתותב עשויים מחומרים ביולוגיים התואמים לגוף האדם, ויכולים למלא תפקיד בטיפול ובשיקום לאחר השתלה או לבישה של גוף האדם. מנקודת המבט של הנדסה ביו-רפואית, על המשתיל לעמוד ב-3 התנאים הבאים:

① חוזק מכני מספיק כדי לעמוד במשקל הגוף עצמו והשפעתו במהלך האימון;

②התאמה אינדיבידואלית להתאמה לאתר הפגם ולרקמות שמסביב;

③ תאימות רקמה ביולוגית טובה. עם זאת, הדמויות הקיימות חסרות התאמה אישית.

ההתפתחות המהירה של מדעי החומר, טכנולוגיית המחשב וטכנולוגיית SLS אפשרה עיצוב אינדיבידואלי, ייצור מהיר ופופולאריזציה של שתלים.

המשותף לשתי השיטות המשמשות להכנת הגוף המורכב: ראשית, נעשה שימוש בסריקת CT ושחזור תלת מימדי לקבלת מודל השחזור, לאחר מכן הישות מיוצרת בטכנולוגיית SLS, ולבסוף מתקבל הגוף המורכב המלאכותי. על ידי תהליך העיבוד מחדש. בהשוואה לשיטות הייצור המסורתיות, הוא חוסך זמן ועלויות חומר, מפחית את שלבי הייצור והעלויות ומהווה בסיס לקידום ויישום טכנולוגיית SLS בתחום הביו-רפואה.

3. פיגום הנדסת רקמות

הנדסת רקמות היא תחום חוצה-דיסציפלינה מתפתחת המיישמת את העקרונות והשיטות של מדע ההנדסה ומדעי החיים כדי לפתח תחליפים ביולוגיים לשיקום, שמירה או שיפור התפקוד של רקמות או איברים פגומים. חומרים ביו המשמשים בפיגומים להנדסת רקמות צריכים לעמוד בדרישות הבאות:

① מבנה הרשת הנקבובי התלת מימדי מקל על התפשטות תאים והעברת חומרים מזינים ופסולת מטבולית;

② תאימות ביולוגית טובה, כלומר, אין ציטוטוקסיות ברורה, תגובה דלקתית ודחייה חיסונית;

③התכלות ביולוגית מתאימה, וקצב הפירוק תואם את הצמיחה והרבייה של תאי רקמה חדשים;

④ תכונות פיזיות וכימיות מתאימות של פני השטח כדי להקל על הידבקות תאים, התפשטות והתמיינות;

⑤ תכונות ביומכניות מסוימות יכולות לשמור על יציבות ושלמות המבנה והמראה בסביבה הביולוגית של הגוף.

החומרים המשמשים עבור פיגומים להנדסת רקמות כוללים בעיקר חומרים ביו טבעיים, ביוקרמיקה וחומרים פולימרים סינתטיים. לפיגומים הנדסיים של רקמות המתקבלים בתהליכי הכנה מסורתיים כגון שיטת הדבקת סיבים, שיטת שטיפת יציקת תמיסה, שיטת הפרדת פאזות, שיטת הקצפת גז ושיטת סינטר חלקיקים יש חוזק מכני ירוד, דרגת חדירות נמוכה של נקבוביות, נקבוביות ומבנה נקבוביות השליטה היא לא גמיש.

טכנולוגיית אב-טיפוס מהיר של SLS משתמשת בסינטר סלקטיבי של פולימרים או חומרים מרוכבים פולימרים/ביוקרמיים לייצור סטנטים. ניתן לשלוט במבנה המיקרו של הסטנט על ידי התאמת פרמטרי תהליך SLS, והסטנטים המתקבלים הם כולם מבנים נקבוביים.

טכנולוגיית SLS להכנת חומרים ביו-רפואיים יכולה לא רק להשיג עיצוב ועיבוד מותאמים אישית כדי לענות על הצרכים האינדיבידואליים של מטופלים שונים, אלא גם לשלוט בגמישות במבנה המיקרו ובמאפיינים המכניים של חומרים ביו-רפואיים על ידי התאמת פרמטרי התהליך שלהם ושיטות פוסט-עיבוד. עם זאת, לחומרים ביו-רפואיים שהוכנו בטכנולוגיית SLS יש בדרך כלל בעיות כמו צפיפות נמוכה, משטח מחוספס ותכונות מכניות נמוכות, במיוחד חומרים מרוכבים פולימריים ופולימריים/קרמיים, שאינם יכולים לעמוד בדרישות התאימות המכנית של חומרים ביו-רפואיים. עם זאת, באמצעות מאפיינים אלו של טכנולוגיית SLS, נוח להכין חומרי מתכת מחוספסים ונקבוביים התורמים להידבקות וגדילה של תאים, במיוחד חומרי טיטניום וסגסוגת טיטניום בעלי תאימות ביולוגית ותכונות מכניות מצוינות. זו תהיה SLS Technology היא כיוון פיתוח חשוב בתחום הכנת חומרים ביו-רפואיים.