快速成型在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

快速成型在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

RapidPrototypingforBiomedicalApplications學(xué)生：學(xué)號(hào)：

LOM薄型材料選擇性切割SLS粉末材料選擇性燒結(jié)SLA液態(tài)光敏聚合物選擇固化FDM絲狀材料選擇性熔覆成型數(shù)字光加工噴射多層噴墨建模制作ThereareseveralRPtechnologiesinmedicine,whichcanbedividedinsubtractiveandadditiveones.1方法分類

1方法分類ComparisonofdifferentRPtechnologiesRPtechniqueAdvantageDisadvantage(CNCmilling)

Lasersintering

Stereolithography

Inkjetprinting

3Dprinting

FDM/FDC

3DplottingBroadrangeofbulkmaterialsExcellentmechanicalstrengthHighaccuracyGoodmechanicalstrengthBroadrangeofbulkmaterialsGoodmechanicalstrength

Excellentaccuracy

NoinherenttoxiccomponentsFastprocessingLowcostsLowcosts

BroadrangeofmaterialsBroadrangeofconditionsIncorporationofcells,proteinsandfillersNocomplexinternalstructure

ElevatedtemperaturesUncontrolledporosityLimitedtoreactiveresins(mostlytoxic)SlowprocessMateriallimitedtolowmeltingpointwax

WeakbondingbetweenpowderparticlesBadaccuracy

ElevatedtemperaturesSmallrangeofbulkmaterialsMediumaccuracySlowprocessingLowaccuracy

Nostandardcondition

TherearevarietiesofmaterialswhichcanbeusedformedicalapplicationsofRP.Materialsmustshowbiologicalcompatibility.RPmedicalmaterialsinclude:?Photosensitiveresinsformedicalapplication;?Metals(stainlesssteel,titaniumalloys,CobaltChromiumalloys,other);?Advancedbioceramicmaterials(Alumnia,Zirconia,Calciumphosphate-basedbioceramics,porousceramics)forLOM;?Polycaprolactone(PCL)scaffolds,polymer-ceramiccompositescaffoldmadeofpolypropylene-tricalcium?phosphate(PP-TCP).PCLandPCL-hydroxyapatite(HA)forFDM,PLGA,starch-basedpolymerfor3DP,polyetheretherketone-hydroxyapatite(PEEK-HA),PCLscaffoldsintissueengineeringfor(SLS);?Bonecement:newcalciumphosphatepowderbinders(mixtureoftetracalciumphosphate(TTCP)andbeta–tricalciumphosphate(TCP)),Polimethylmethacrylate(PMMA)material,otherpolymercalciumphosphatecementcompositesforbonesubstitutesandimplants;?Manyotherbiocompatiblematerials參考文獻(xiàn):4thInternationalConferenceonMaterialsProcessingandCharacterizationModernTrendsinRapidPrototypingforBiomedicalApplicationsDeepenBanoriya,RajeshPurohit*andR.K.Dwivedi2材料分類

3應(yīng)用分類

4應(yīng)用實(shí)例A〔1〕物理模型的復(fù)制實(shí)際應(yīng)用

4應(yīng)用實(shí)例LOM法制作的紙質(zhì)實(shí)體模型SLA法制作的光固化樹脂實(shí)體模型SLS法制作的工程塑料實(shí)體模型參考文獻(xiàn)：陳德敏,劉義榮,劉俊.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院生物材料中心,上海市口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200011;2.上海倍爾康生物醫(yī)學(xué)科技,上海202103)LOM法制成的模型外表精度較高，適合做大件和實(shí)體件。但是制作過程中需要人員看護(hù),最終完成的蝕刻模型需人工剝離,成形件外表粗糙，強(qiáng)度差，,不易長(zhǎng)期保存。SLA法加工的產(chǎn)品有較高的精度和強(qiáng)度,適合做小件和精細(xì)件,成形件適宜攜帶和保存，但是本錢高,使用的光固化樹脂價(jià)格昂貴。SLS法選材廣泛,可燒結(jié)蠟粉、聚碳酸酯、工程塑料、陶瓷、金屬粉末等,材料利用率高,本錢低,造型速度較快，但強(qiáng)度和精度不是很高。綜合上述三種制作工藝,就性價(jià)比而言,我們認(rèn)為SLS法比較適合顱骨缺損的重建和制造。

4應(yīng)用實(shí)例

4應(yīng)用實(shí)例

4應(yīng)用實(shí)例A〔4〕生物支架

4應(yīng)用實(shí)例3D打印機(jī)制備出的人體皮膚

4應(yīng)用實(shí)例

〔5〕整形外科

4應(yīng)用實(shí)例

4應(yīng)用實(shí)例3D打印多孔β-磷酸三鈣負(fù)載聚乳酸-羥基乙酸共聚物抗結(jié)核藥物緩釋微球復(fù)合材料：構(gòu)建及細(xì)胞毒性評(píng)價(jià)孟磊，甄平，梁曉燕(1甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅省蘭州市730000；2解放軍蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院全軍骨科中心，甘肅省蘭州市〕中國組織工程研究第20卷第25期2021–06–17出版背景：世界衛(wèi)生組織2021年10月22日發(fā)表的?2021全球結(jié)核病報(bào)告?中，有兩點(diǎn)值得醫(yī)學(xué)界尤為關(guān)注：第一，2021年全世界有900萬人罹患結(jié)核病，這一統(tǒng)計(jì)結(jié)果比之前估計(jì)的病例數(shù)目多出近50萬例；第二，從世界范圍看，難以治愈的耐多藥結(jié)核病危機(jī)仍在繼續(xù)，2021年所有結(jié)核病患者中有3.5%為耐多藥結(jié)核病患者。核分為肺結(jié)核和肺外結(jié)核。肺外結(jié)核在結(jié)核病例中所占比例超過25%，是由結(jié)核分枝桿菌通過血液和淋巴擴(kuò)散至肺外器官產(chǎn)生，以骨與關(guān)節(jié)結(jié)核較為常見。目前，骨關(guān)節(jié)結(jié)核可采取抗結(jié)核藥物8-20個(gè)月的標(biāo)準(zhǔn)化治療，然而較長(zhǎng)的化療期易導(dǎo)致患者較差的依從性和嚴(yán)重的不良反響，因此，骨關(guān)節(jié)結(jié)核治療的關(guān)鍵是增加局部藥物濃度，以獲得較高的治療效果，并降低藥物的不良反響。骨關(guān)節(jié)結(jié)核所造成的局部骨結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，經(jīng)外科清創(chuàng)后會(huì)遺留下較大的骨質(zhì)缺損，即便如此，結(jié)核桿菌也難被徹底去除。因此，構(gòu)建一種既有填充骨質(zhì)缺損和骨引導(dǎo)作用又能緩慢釋放抗結(jié)核藥物的復(fù)合材料，迅速成為骨關(guān)節(jié)結(jié)核外科治療的熱門課題。

4應(yīng)用實(shí)例

4應(yīng)用實(shí)例圖中A為3D打印多孔β-磷酸三鈣支架；B為聚乳酸-羥基乙酸共聚物抗結(jié)核藥物緩釋微球復(fù)合材料；C為3D打印多孔β-磷酸三鈣負(fù)載聚乳酸-羥基乙酸共聚物抗結(jié)核藥物緩釋微球復(fù)合材料。

4應(yīng)用實(shí)例實(shí)驗(yàn)步驟〔1〕3D打印多孔β-磷酸三鈣：通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)構(gòu)建擬打印的多孔β-磷酸三鈣模型，利用粒徑為2μm的β-磷酸三鈣粉末、稀檸酸、磷酸二氫鉀、二氧化硅、氧化鋅、直徑2-8μm石蠟微球，制備出打印墨水。選用750μm噴頭，行走速度為100mm/min，每層厚度為750μm，層與層之間在X、Y、Z軸上的間隔的均為670μm。由3D-Bioplotter打印機(jī)完成β-磷酸三鈣溶漿的噴涂后，再將β-磷酸三鈣支架在1100℃下恒溫?zé)Y(jié)2h，最終獲得成品。將3D打印多孔β-磷酸三鈣作為非載藥組支架。〔2〕復(fù)乳化溶劑揮發(fā)法制備PLGA抗結(jié)核藥物緩釋微球：稱取異煙肼25mg、利福平25mg、PLGA50mg和聚乙烯醇600mg，將聚乙烯醇置入小燒杯中并參加30mL超純水，熱浴至聚乙烯醇完全溶解，作為粘接劑備用；將異煙肼參加2mL超純水中，渦旋振蕩器振蕩3min混勻，作為水相備用；在利福平和PLGA中參加2mL二氯甲烷，作為油相備用。將以上置入4℃冰箱冷藏1h后，水相參加油相，經(jīng)超聲破碎儀混合、質(zhì)、乳化、加速反響等，再將混合相迅速參加聚乙烯醇溶液中，通過磁力攪拌(轉(zhuǎn)速2000r/min)，加速二氯甲烷的揮發(fā)，促進(jìn)成球。期間，0.5h后可取少量溶液，在倒置顯微鏡下觀察微球大致形狀及大小均勻程度。4h后，停止攪拌，經(jīng)過濾、枯燥后得微球。

4應(yīng)用實(shí)例〔3〕3D打印多孔β-磷酸三鈣負(fù)載PLGA抗結(jié)核藥物緩釋微球復(fù)合材料的制備：振蕩攪拌PLGA抗結(jié)核藥物緩釋微球雙蒸水溶液，混勻微球后加至平底離心管中，每支離心管內(nèi)底部置入1塊3D打印多孔β-磷酸三鈣。啟動(dòng)離心機(jī)，轉(zhuǎn)速設(shè)置為4000r/min，處理時(shí)間15min，經(jīng)離心處理，PLGA抗結(jié)核藥物緩釋微球能夠進(jìn)入多孔β-磷酸三鈣支架的所有孔隙內(nèi)，直至飽和。離心處理后，棄去液體和多余微球，再向管內(nèi)參加10%明膠溶液，再次低速離心15min，明膠溶液在離心過程中會(huì)進(jìn)入微球間及微球與孔壁之間的空隙內(nèi)，從而能夠?qū)⑽⑶蛘辰Y(jié)于多孔β-磷酸三鈣的孔隙內(nèi)。冷凍枯燥處理24h后，終得3D打印多孔β-磷酸三鈣負(fù)載PLGA抗結(jié)核藥物緩釋