Biyomedikal materyaller biyolojik sistemlerle etkileşime girer ve organizmaları teşhis etmek için kullanılır. Hastalıklı veya hasarlı dokuların tedavisi, onarımı ve değiştirilmesi. İşlevini artıran bir organ veya malzeme türü.
Son yıllarda, insanların yaşam standartlarının sürekli iyileştirilmesi ve ortalama yaşam süresinin uzaması ile biyomedikal malzemelere olan talep hızla artmıştır. İnsan implantlarının, en iyi tedavi fırsatını yakalamak ve hastanın ağrısını hafifletmek için her hasta için ayrı ayrı tasarlanması ve hızlı bir şekilde üretilmesi gerekir. Bununla birlikte, geleneksel işleme yöntemleri, özellikle geleneksel tekniklerle çalıştırılması ve kontrol edilmesi zor olan karmaşık şekillere sahip biyolojik implantlar için uzun bir döngüye ve yüksek maliyete sahiptir.
Biyomedikal malzemeler hazırlamak için SLS teknolojisi
SLS teknolojisi ile hazırlanan biyomedikal malzemeler ağırlıklı olarak biyomedikal polimer malzemeler, biyomedikal metal malzemeler ve biyomedikal kompozit malzemelerdir. Bu tıbbi malzemeler ağırlıklı olarak tıp alanında tıbbi modeller, implantlar ve protezler ve doku mühendisliği iskeleleri yapmak için kullanılmaktadır.
1. Tıbbi model
SLS teknolojisinin biyotıp alanındaki en erken uygulaması, tıbbi tanı ve cerrahinin klinik tasarımını ve planlamasını, cerrahi prosedürlerin simülasyonunu ve tıbbi öğretimi sağlamak için tıbbi modeller yapmaktı. Kraniyomaksillofasiyal defekt, kompleks kavisli yüzeyleri ve birçok içi boş yapısı ile cerrahi onarımda sık görülen bir hastalıktır. Mevcut onarım yöntemlerinden hiçbiri, bireysel kafatası ve çenenin ideal şeklini elde edemez ve hastanın estetik gereksinimlerini karşılayamayan yüz şeklini yalnızca kabaca geri yükleyebilir. Kişiselleştirilmiş bir kafatası modeli yapmak için SLS teknolojisi son derece uygulanabilir bir çözümdür. Özel operasyon süreci:
(1) Modelleme malzemeleri. Antiseptik bir kafatası örneği seçin.
(2) BT taraması. Kafatası örneği üzerinde sürekli spiral tarama yapmak için bir BT tarayıcısı kullanılır ve elde edilen tomografik görüntüler rekonstrüksiyon iş istasyonuna iletilir ve DICOM formatında saklanır.
(3) Üç boyutlu model rekonstrüksiyonu. Mimics yazılımı, DICOM formatındaki görüntü dosyasını otomatik olarak okumak için kullanılır. Kemik dokusu alanının tanınması, çıkarılması ve üç boyutlu süperpozisyonu sayesinde, kafatası defektinin geometrik modelinin üç boyutlu rekonstrüksiyonu tamamlanır. Yeniden yapılandırılan veriler, CTM modülü aracılığıyla STL format dosyasına çıkarılır.
(4) SLS hızlı prototipleme. MagicsRP varlık katmanlama yazılımı kullanılarak, STL formatındaki dosyalar SLS'nin gerektirdiği tomografik STL dosyasını oluşturmak için belirli bir aralıkta katmanlanır ve daha sonra katmanlı STL dosyası, modeli işlemek için SLS şekillendirme makinesine girilir. Çalışmalar, BT taraması, üç boyutlu modelleme ve SLS tekniklerinin farklı hastalar için farklı planlar tasarlamak için kapsamlı kullanımının, kişiselleştirilmiş defekt modellerinin ve restorasyon modellerinin şeklinin, yapısının ve boyutunun temelde çenelerle uyumlu olan kafatası örnekleriyle aynı olduğunu göstermiştir. Yüz cerrahisinin gereklilikleri preoperatif tanı ve cerrahi planlama için kullanılabilir.
2. İmplant ve protezler
İmplant ve protez, insan vücudu ile uyumlu biyolojik materyallerden yapılır ve insan vücudunu implante ettikten veya giydikten sonra tedavi ve rehabilitasyonda rol oynayabilir. Biyomedikal mühendisliği açısından bakıldığında, implanter aşağıdaki 3 koşulu karşılamalıdır:
(1) Egzersiz sırasında vücudun kendi ağırlığına ve etkisine dayanacak yeterli mekanik güç;
(2) Defekt bölgesini ve çevresindeki dokuları eşleştirmek için bireysel eşleştirme;
(3) İyi biyolojik doku uyumluluğu. Ancak, mevcut karakterler bireysel eşleşmeden yoksundur.
Malzeme biliminin, bilgisayar teknolojisinin ve SLS teknolojisinin hızlı gelişimi, implantların bireysel tasarımını, hızlı üretimini ve popülerleşmesini mümkün kılmıştır.
Karmaşık gövdeyi hazırlamak için kullanılan iki yöntemin ortak noktası vardır: ilk olarak, restorasyon modelini elde etmek için BT taraması ve üç boyutlu rekonstrüksiyon kullanılır, daha sonra varlık SLS teknolojisi ile üretilir ve son olarak yapay kompleks gövde yeniden işleme işlemi ile elde edilir. Geleneksel üretim yöntemleriyle karşılaştırıldığında, zaman ve malzeme maliyetlerinden tasarruf sağlar, üretim adımlarını ve maliyetlerini düşürür ve SLS teknolojisinin biyotıp alanında tanıtımı ve uygulanması için bir temel oluşturur.
3. Doku mühendisliği iskelesi
Doku mühendisliği, hasarlı dokuların veya organların işlevini geri yüklemek, sürdürmek veya iyileştirmek için biyolojik ikameler geliştirmek için mühendislik bilimi ve yaşam biliminin ilke ve yöntemlerini uygulayan yeni bir disiplinler arası disiplindir. Doku mühendisliği iskelelerinde kullanılan biyomalzemelerin aşağıdaki gereksinimleri karşılaması gerekir:
(1) Üç boyutlu gözenekli ağ yapısı, hücre çoğalmasını ve besin maddelerinin ve metabolik atıkların transferini kolaylaştırır;
(2) İyi biyouyumluluk, yani belirgin sitotoksisite, enflamatuar reaksiyon ve immün rejeksiyon yok;
(3) Uygun biyolojik parçalanabilirlik ve bozunma oranı, yeni doku hücrelerinin büyümesi ve çoğalması ile eşleşir;
(4) Hücre yapışmasını, çoğalmasını ve farklılaşmasını kolaylaştırmak için uygun yüzey fiziksel ve kimyasal özellikleri;
(5) Bazı biyomekanik özellikler, vücudun biyolojik ortamında yapının ve görünümün stabilitesini ve bütünlüğünü koruyabilir.
Doku mühendisliği iskeleleri için kullanılan malzemeler ağırlıklı olarak doğal biyomalzemeler, biyoseramikler ve sentetik polimer malzemeleri içermektedir. Lif bağlama yöntemi, çözelti döküm liç yöntemi, faz ayırma yöntemi, gaz köpükleme yöntemi ve parçacık sinterleme yöntemi gibi geleneksel hazırlama işlemleriyle elde edilen doku mühendisliği iskeleleri zayıf mekanik mukavemete, gözeneklerin düşük derecede iç içe geçmesine, gözenekliliğe ve gözenek yapısına sahiptir Kontrol edilebilirlik esnek değildir.
SLS hızlı prototipleme teknolojisi, stent üretmek için polimerlerin veya polimer/biyoseramik kompozitlerin seçici sinterlenmesini kullanır. Stentin mikro yapısı SLS proses parametreleri ayarlanarak kontrol edilebilir ve elde edilen stentlerin hepsi gözenekli yapılardır.
Biyomedikal malzemeler hazırlamak için SLS teknolojisi, yalnızca farklı hastaların bireysel ihtiyaçlarını karşılamak için kişiselleştirilmiş tasarım ve işleme elde etmekle kalmaz, aynı zamanda proses parametrelerini ve işlem sonrası yöntemlerini ayarlayarak biyomedikal malzemelerin mikroyapısını ve mekanik özelliklerini esnek bir şekilde kontrol edebilir. Ancak SLS teknolojisi ile hazırlanan biyomedikal malzemeler genel olarak biyomedikal malzemelerin mekanik uyumluluk gereksinimlerini karşılayamayan polimer ve polimer/seramik kompozit malzemeler başta olmak üzere düşük yoğunluklu, pürüzlü yüzey ve düşük mekanik özellikler gibi problemlere sahiptir. Bununla birlikte, SLS teknolojisinin bu özelliklerini kullanarak, hücre yapışması ve büyümesine elverişli kaba ve gözenekli metal malzemelerin, özellikle de mükemmel biyouyumluluk ve mekanik özelliklere sahip titanyum ve titanyum alaşımlı malzemelerin hazırlanması uygundur. Bu SLS Teknolojisi biyomedikal malzemelerin hazırlanması alanında önemli bir gelişme yönündedir.