L'integrazione e l'innovazione dei materiali in poliestere degradabili e della tecnologia di stampa 3D

Materiali in poliestere degradabili:i materiali in poliestere degradabili sono una classe di materiali polimerici biodegradabili, che possono essere gradualmente decomposti in piccole molecole nell'ambiente naturale o tramite l'idrolisi enzimatica degli organismi, e infine assorbiti dagli organismi o scaricati dal corpo. Questo tipo di materiale ha un'ampia prospettiva di applicazione nel campo medico grazie alla sua buona biocompatibilità, degradabilità e prestazioni di lavorazione.

Materiali comuni in poliestere degradabili:tra cui acido polilattico (PLA), acido poliglicolico (PGA), poliε-caprolattone (PCL), politrimetilcarbonato (PTMC), polip-dicicloesanone (PPDO) e così via. Il ciclo di degradazione, le proprietà meccaniche e l'idrofilia di questi materiali possono essere controllati da diversi rapporti monomerici e metodi di copolimerizzazione per soddisfare diverse esigenze mediche. I materiali in poliestere degradabili combinati con la tecnologia di stampa 3D mostrano un grande potenziale nella personalizzazione medica personalizzata, possono produrre con precisione impianti medici complessi che soddisfano le esigenze dei pazienti, guide chirurgiche, ecc., per ottenere una medicina di precisione allo stesso tempo, il materiale può essere assorbito dal corpo dopo il completamento dell'attività, ridurre il rischio di chirurgia secondaria e promuovere la riabilitazione dei pazienti.

In primo luogo, la personalizzazione personalizzata di materiali in poliestere degradabili per scopi medici

Implementazione personalizzata

1. Rapporto monomero e metodo di copolimerizzazione:

Regolando il rapporto monomerico e la modalità di copolimerizzazione dei materiali in poliestere degradabili, il periodo di degradazione, le proprietà meccaniche e l'idrofilia dei materiali in poliestere degradabili possono essere regolati con precisione. Ad esempio, il copolimero PLCL di acido polilattico (PLA) e polε-caprolattone (PCL) può controllare la velocità di degradazione e le proprietà meccaniche del materiale modificando il rapporto tra PLA e PCL.

2. Progettazione della struttura della catena molecolare: 

La progettazione della struttura della catena molecolare del polimero, come la dimensione del peso molecolare e la larghezza di distribuzione, la modifica delle estremità, il blocco, la ramificazione, la reticolazione, l'iperramificazione, ecc., può ulteriormente controllare le proprietà dei materiali. Ad esempio, la resistenza e la tenacità dell'acido polilattico possono essere migliorate introducendo segmenti di catena duttili o costruendo reti reticolate.

3. Controllo della struttura di aggregazione: 

Controllando la struttura di aggregazione dei polimeri come l'orientamento e la cristallizzazione, è possibile controllare il ciclo di degradazione e le proprietà meccaniche dei materiali. Ad esempio, l'auto-rinforzo meccanico può essere ottenuto inducendo il PLLA a formare cristalli fibrosi tramite orientamento di tiraggio. Il ciclo di degradazione dei materiali PLLA può essere controllato regolando la cristallinità dei materiali PLLA con agenti nucleanti.

4. Progettazione della miscelazione: 

La struttura della texture del sistema eterogeneo può essere progettata mediante miscelazione e altri mezzi per controllare efficacemente le prestazioni dei materiali in poliestere degradabili. Ad esempio, la resistenza meccanica e l'attività biologica dei compositi in poliestere degradabili possono essere migliorate mediante miscelazione di nanomateriali inorganici bioattivi. Miscelando il materiale sviluppabile, il materiale in poliestere sviluppabile può ricevere l'effetto sviluppabile.

Esempi di applicazioni personalizzate

1. Ingegneria tissutale e medicina rigenerativa: 

I materiali in poliestere degradabili possono essere utilizzati per preparare stent di ingegneria tissutale stampati in 3D, che possono essere personalizzati in base alle esigenze specifiche dei pazienti. Ad esempio, regolando il tasso di degradazione e le proprietà meccaniche del materiale, è possibile preparare un'impalcatura adatta al tessuto del paziente, promuovendo così la rigenerazione e la riparazione dei tessuti.

2. Ausili chirurgici: 

La tecnologia di stampa 3D può anche produrre ausili chirurgici, come guide chirurgiche, modelli chirurgici, ecc. Questi strumenti possono aiutare i medici a simulare e pianificare prima dell'intervento chirurgico, migliorando la precisione e la sicurezza chirurgica.

3. Dispositivi medici biodegradabili: 

Come gli stent biodegradabili, questi dispositivi possono degradarsi gradualmente dopo l'impianto nel corpo, evitando i rischi a lungo termine che possono essere causati dagli stent metallici tradizionali. Allo stesso tempo, il design personalizzato degli stent biodegradabili può adattarsi meglio alla struttura vascolare del paziente e migliorare l'effetto del trattamento.

PCL, PLA e PLCL hanno le loro caratteristiche nel campo dei materiali biomedici. Il PCL ha una buona biocompatibilità, degradazione controllabile ed eccellenti proprietà meccaniche. Tuttavia, la velocità di degradazione è lenta e la resistenza è relativamente bassa. Il PLA ha una biodegradazione completa, buone prestazioni di lavorazione e un'elevata resistenza meccanica. Ma la fragilità è grande, la velocità di degradazione potrebbe essere troppo rapida.

PLCL unisce la tenacità del PCL alla resistenza del PLA, ha un ciclo di degradazione controllabile, eccellenti proprietà meccaniche e una buona biocompatibilità. È adatto per varie applicazioni di ingegneria tissutale come la riparazione della cartilagine, il condotto nervoso, lo stent vascolare e la riparazione delle ossa. L'applicazione della tecnologia di produzione additiva PLCL nell'ingegneria tissutale presenta notevoli vantaggi e potenzialità.

In secondo luogo, l'applicazione della tecnologia di produzione additiva PLCL nell'ingegneria tissutale

1. Stent tracheale esterno: 

Il materiale PLCL con funzione di memoria di forma viene utilizzato per preparare uno stent tracheale esterno con forma e dimensioni personalizzate tramite la tecnologia di stampa 3D. Lo stent può tornare rapidamente alla forma predeterminata dopo l'impianto, fornire un supporto stabile per la trachea e avere una buona biocompatibilità e degradabilità.

2. Impianti mammari: 

Gli impianti mammari personalizzati vengono preparati utilizzando materiali in poliestere degradabili in base alle esigenze di forma e dimensione del seno della paziente. L'impianto è in grado di degradarsi gradualmente nel tempo e alla fine essere assorbito dal corpo, evitando le complicazioni a lungo termine che possono derivare dagli impianti tradizionali.

3. Altri dispositivi medici: 

I materiali in poliestere degradabili possono anche essere utilizzati per preparare impianti ortopedici personalizzati, dispositivi di intervento cardiovascolare, suture assorbibili e altri dispositivi medici. Questi dispositivi possono essere personalizzati in base alle esigenze individuali dei pazienti, migliorando i risultati del trattamento e la qualità della vita dei pazienti.

I materiali polimerici hanno applicato con successo la tecnologia di produzione additiva PLCL all'ingegneria tissutale e si sono espansi in molti campi, come la stampa 3D medica con fili, la stampa 3D biologica e la stampa 3D SLS di materie prime microsferiche mediche.

In terzo luogo, l’applicazione di materiali biomedici degradabili

Filo per stampa 3D medica

Il filo medico PLA ha un importante valore applicativo nella stampa 3D di riparazioni ossee/craniche maxillofacciali, scaffold porosi per la riparazione della cartilagine, scaffold vascolari, ecc. La sua buona bioassorbibilità, l'elevata resistenza e duttilità e la buona biocompatibilità rendono le linee stampate in 3D PLA ampiamente utilizzate nel campo medico. Esempi includono impianti di riparazione ossea maxillofacciale assorbibili e scaffold porosi per la riparazione ossea.

Applicazione di microsfere mediche nella stampa 3D SLS

Il 23 luglio 2024, una tecnologia denominata "A Medical 3D printing controllable microsphere preparation process" sviluppata con successo da Shenzhen Guanghua Weiye Co., Ltd. e dalla sua sussidiaria Shenzhen Jusheng Biotechnology Co., LTD., ha ufficialmente superato la revisione dell'Ufficio statale per la proprietà intellettuale e ha ottenuto l'autorizzazione nazionale per il brevetto di invenzione. L'invenzione si concentra sullo sviluppo di un processo di preparazione che garantisca che le microsfere utilizzate nella stampa 3D medica abbiano una dimensione delle particelle e una velocità di biodegradazione controllabili.

Il fulcro del processo di preparazione è il raggiungimento di un controllo preciso delle dimensioni delle particelle e della velocità di biodegradazione delle microsfere, il che fornisce un forte supporto all'applicazione della tecnologia di stampa 3D SLS nel campo medico.

1. Sistema di somministrazione del farmaco:

Le microsfere mediche possono essere utilizzate come vettori per i sistemi di somministrazione dei farmaci e le microsfere con strutture e proprietà specifiche possono essere preparate con precisione dalla tecnologia di stampa 3D SLS. Queste microsfere possono trasportare gli ingredienti dei farmaci e ottenere un rilascio preciso del farmaco nel corpo, migliorando l'efficacia del farmaco e riducendo gli effetti collaterali.

2. Impalcature per l'ingegneria tissutale: 

La tecnologia di stampa 3D SLS può essere utilizzata per preparare scaffold di ingegneria tissutale con struttura bionica e proprietà meccaniche. Come componente degli scaffold, le microsfere mediche possono fornire il supporto e la nutrizione necessari per la crescita cellulare e promuovere la rigenerazione e la riparazione dei tessuti.

3. Microambiente di coltura cellulare: tramite la tecnologia di stampa 3D SLS, è possibile preparare un microambiente di coltura cellulare con struttura a micropori e geometria complessa. Come parte del microambiente, le microsfere mediche possono fornire i punti di attacco e i nutrienti necessari per la crescita cellulare e ottimizzare le condizioni di coltura cellulare.

Biostampa 3D

Il PCL è un poliestere termoplastico con buone proprietà biocompatibili, degradabili e meccaniche. Le materie prime del PCL possono essere lavorate con diverse tecnologie di stampa 3D (come la modellazione a deposizione fusa FDM, la sinterizzazione laser selettiva SLS, ecc.) per formare prodotti stampati in 3D con strutture e funzioni complesse.

L'estrusione di particelle fuse è un processo importante nella biostampa, che prevede il riscaldamento delle particelle PCL fino allo stato fuso e la loro successiva estrusione attraverso un ugello su una piattaforma di stampa per formare strutture 3D strato per strato. Questo processo presenta i vantaggi di elevata precisione, elevata efficienza ed elevata flessibilità per soddisfare diverse esigenze mediche.

1.Ingegneria tissutale:

Il PCL può essere utilizzato come materiale di supporto per l'ingegneria tissutale per supportare la crescita e la differenziazione cellulare e promuovere la riparazione e la rigenerazione dei tessuti. Attraverso la tecnologia di bioprinting, i supporti per l'ingegneria tissutale con strutture e funzioni complesse possono essere preparati per fornire un supporto migliore per la riparazione e la rigenerazione dei tessuti.

2. Pianificazione chirurgica: 

Le materie prime PCL vengono utilizzate per stampare modelli 3D di parti specifiche dei pazienti, il che aiuta i chirurghi a svolgere operazioni di pianificazione e simulazione chirurgica. Ciò può migliorare la precisione e la sicurezza chirurgica e ridurre i rischi chirurgici.

3. Dispositivi medici e impianti: 

Le materie prime PCL possono essere utilizzate anche per realizzare dispositivi medici e impianti, come guide chirurgiche, perni ossei, placche ossee, ecc. Questi dispositivi medici e impianti hanno buone proprietà meccaniche e biocompatibilità e possono soddisfare diverse esigenze mediche.