Sự tích hợp và đổi mới của vật liệu polyester phân hủy và công nghệ in 3D

Vật liệu polyester phân hủy:Vật liệu polyester phân hủy sinh học là một loại vật liệu polyme phân hủy sinh học, có thể phân hủy dần thành các phân tử nhỏ trong môi trường tự nhiên hoặc thông qua quá trình thủy phân enzyme của sinh vật, và cuối cùng được sinh vật hấp thụ hoặc thải ra khỏi cơ thể. Loại vật liệu này có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y tế vì khả năng tương thích sinh học, khả năng phân hủy và hiệu suất xử lý tốt.

Các vật liệu polyester phân hủy phổ biến:bao gồm axit polylactic (PLA), axit polyglycolic (PGA), polyε-caprolactone (PCL), polytrimethylcarbonate (PTMC), polyp-dicyclohexanone (PPDO), v.v. Chu trình phân hủy, tính chất cơ học và tính ưa nước của các vật liệu này có thể được kiểm soát bằng các tỷ lệ monome và phương pháp đồng trùng hợp khác nhau để đáp ứng các nhu cầu y tế khác nhau. Vật liệu polyester phân hủy kết hợp với công nghệ in 3D cho thấy tiềm năng lớn trong việc tùy chỉnh y tế cá nhân hóa, có thể sản xuất chính xác các cấy ghép y tế phức tạp đáp ứng nhu cầu của bệnh nhân, hướng dẫn phẫu thuật, v.v., đồng thời đạt được y học chính xác, vật liệu có thể được cơ thể hấp thụ sau khi hoàn thành nhiệm vụ, giảm nguy cơ phẫu thuật thứ phát và thúc đẩy phục hồi chức năng cho bệnh nhân.

Đầu tiên, tùy chỉnh cá nhân hóa các vật liệu polyester phân hủy cho mục đích y tế

Triển khai cá nhân hóa

1. Tỷ lệ monome và phương pháp đồng trùng hợp:

Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ monome và chế độ đồng trùng hợp của vật liệu polyester phân hủy, thời gian phân hủy, tính chất cơ học và tính ưa nước của vật liệu polyester phân hủy có thể được điều chỉnh chính xác. Ví dụ, đồng trùng hợp PLCL của axit polylactic (PLA) và polε-caprolactone (PCL) có thể kiểm soát tốc độ phân hủy và tính chất cơ học của vật liệu bằng cách thay đổi tỷ lệ PLA và PCL.

2. Thiết kế cấu trúc chuỗi phân tử: 

Thiết kế cấu trúc chuỗi phân tử của polyme như kích thước khối lượng phân tử và chiều rộng phân phối, sửa đổi đầu, khối, phân nhánh, liên kết chéo, siêu phân nhánh, v.v., có thể kiểm soát thêm các tính chất của vật liệu. Ví dụ, độ bền và độ dẻo dai của axit polylactic có thể được cải thiện bằng cách đưa vào các phân đoạn chuỗi dẻo hoặc xây dựng các mạng lưới liên kết chéo.

3. Kiểm soát cấu trúc tổng hợp: 

Bằng cách kiểm soát cấu trúc kết tụ của polyme như định hướng và kết tinh, chu kỳ phân hủy và các tính chất cơ học của vật liệu có thể được kiểm soát. Ví dụ, có thể đạt được sự tự gia cố cơ học bằng cách tạo ra PLLA để hình thành các tinh thể dạng sợi thông qua định hướng bản nháp. Chu kỳ phân hủy của vật liệu PLLA có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh độ kết tinh của vật liệu PLLA bằng các tác nhân tạo hạt.

4. Thiết kế pha trộn: 

Cấu trúc kết cấu của hệ thống không đồng nhất có thể được thiết kế bằng cách pha trộn và các phương tiện khác để kiểm soát hiệu quả hiệu suất của vật liệu polyester phân hủy. Ví dụ, độ bền cơ học và hoạt động sinh học của vật liệu composite polyester phân hủy có thể được cải thiện bằng cách pha trộn các vật liệu nano vô cơ có hoạt tính sinh học. Bằng cách pha trộn vật liệu có thể phát triển, vật liệu polyester có thể phát triển có thể được tạo ra hiệu ứng có thể phát triển.

Ví dụ ứng dụng được cá nhân hóa

1. Kỹ thuật mô và y học tái tạo: 

Vật liệu polyester phân hủy có thể được sử dụng để chế tạo stent kỹ thuật mô in 3D, có thể được cá nhân hóa theo nhu cầu cụ thể của bệnh nhân. Ví dụ, bằng cách điều chỉnh tốc độ phân hủy và tính chất cơ học của vật liệu, có thể chế tạo một giàn giáo phù hợp với mô của bệnh nhân, do đó thúc đẩy quá trình tái tạo và sửa chữa mô.

2. Trợ giúp phẫu thuật: 

Công nghệ in 3D cũng có thể sản xuất các thiết bị hỗ trợ phẫu thuật như dụng cụ hướng dẫn phẫu thuật, mô hình phẫu thuật, v.v. Các công cụ này có thể giúp bác sĩ mô phỏng và lập kế hoạch trước khi phẫu thuật, cải thiện độ chính xác và an toàn của phẫu thuật.

3. Thiết bị y tế phân hủy sinh học: 

Chẳng hạn như stent phân hủy sinh học, các thiết bị này có thể phân hủy dần dần sau khi cấy ghép vào cơ thể, tránh được những rủi ro lâu dài có thể gây ra bởi stent kim loại truyền thống. Đồng thời, thiết kế cá nhân hóa của stent phân hủy sinh học có thể thích ứng tốt hơn với cấu trúc mạch máu của bệnh nhân và cải thiện hiệu quả điều trị.

PCL, PLA và PLCL có những đặc điểm riêng trong lĩnh vực vật liệu y sinh. PCL có khả năng tương thích sinh học tốt, phân hủy có thể kiểm soát và các tính chất cơ học tuyệt vời. Tuy nhiên, tốc độ phân hủy chậm và độ bền tương đối thấp. PLA có khả năng phân hủy sinh học hoàn toàn, hiệu suất xử lý tốt và độ bền cơ học cao. Nhưng độ giòn lớn, tốc độ phân hủy có thể quá nhanh.

PLCL kết hợp độ dẻo dai của PCL với độ bền của PLA, có chu kỳ phân hủy có thể kiểm soát được, tính chất cơ học tuyệt vời và khả năng tương thích sinh học tốt. Nó phù hợp cho nhiều ứng dụng kỹ thuật mô như sửa chữa sụn, ống dẫn thần kinh, stent mạch máu và sửa chữa xương. Việc ứng dụng công nghệ sản xuất phụ gia PLCL trong kỹ thuật mô có những ưu điểm và tiềm năng đáng kể.

Thứ hai, ứng dụng công nghệ sản xuất bồi đắp PLCL trong kỹ thuật mô

1. Stent khí quản ngoài: 

Vật liệu PLCL có chức năng nhớ hình dạng được sử dụng để chuẩn bị stent khí quản bên ngoài có hình dạng và kích thước được cá nhân hóa thông qua công nghệ in 3D. Stent có thể nhanh chóng trở lại hình dạng được xác định trước sau khi cấy ghép, cung cấp sự hỗ trợ ổn định cho khí quản và có khả năng tương thích sinh học và phân hủy tốt.

2. Cấy ghép ngực: 

Túi độn ngực cá nhân hóa được chế tạo bằng vật liệu polyester phân hủy theo yêu cầu về hình dạng và kích thước ngực của bệnh nhân. Túi độn có thể phân hủy dần dần theo thời gian và cuối cùng được cơ thể hấp thụ, tránh được các biến chứng lâu dài có thể xảy ra với túi độn ngực truyền thống.

3. Các thiết bị y tế khác: 

Vật liệu polyester phân hủy cũng có thể được sử dụng để chuẩn bị các cấy ghép chỉnh hình cá nhân, thiết bị can thiệp tim mạch, chỉ khâu hấp thụ và các thiết bị y tế khác. Các thiết bị này có thể được tùy chỉnh theo nhu cầu cá nhân của bệnh nhân, cải thiện kết quả điều trị và chất lượng cuộc sống của bệnh nhân.

Vật liệu polyme đã ứng dụng thành công công nghệ sản xuất bồi đắp PLCL trong kỹ thuật mô và đã mở rộng sang nhiều lĩnh vực như dây in 3D y tế, in 3D sinh học và in 3D SLS cho nguyên liệu vi cầu y tế.

Thứ ba, ứng dụng vật liệu y sinh phân hủy

Dây in 3D y tế

Dây y tế PLA có giá trị ứng dụng quan trọng trong việc sửa chữa xương hàm mặt/sọ in 3D, giàn giáo xốp sửa chữa sụn, giàn giáo mạch máu, v.v. Khả năng hấp thụ sinh học tốt, độ bền và độ dẻo cao, và khả năng tương thích sinh học tốt khiến các đường in 3D PLA được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực y tế. Ví dụ bao gồm cấy ghép sửa chữa xương hàm mặt có thể hấp thụ và giàn giáo sửa chữa xương xốp.

Ứng dụng của vi cầu y tế trong in 3D SLS

Ngày 23 tháng 7 năm 2024, một công nghệ có tên là "A Medical 3D printing controllable microspheric preparation process" do Shenzhen Guanghua Weiye Co., Ltd. và công ty con Shenzhen Jusheng Biotechnology Co., LTD. phát triển thành công, đã chính thức thông qua đánh giá của Cục Sở hữu Trí tuệ Nhà nước và giành được bằng sáng chế phát minh quốc gia. Phát minh này tập trung vào việc phát triển một quy trình chuẩn bị đảm bảo rằng các microspheric được sử dụng trong in 3D y tế có kích thước hạt và tốc độ phân hủy sinh học có thể kiểm soát được.

Cốt lõi của quá trình chuẩn bị là đạt được khả năng kiểm soát chính xác kích thước hạt và tốc độ phân hủy sinh học của các vi cầu, điều này hỗ trợ mạnh mẽ cho việc ứng dụng công nghệ in 3D SLS trong lĩnh vực y tế.

1. Hệ thống phân phối thuốc:

Các vi cầu y tế có thể được sử dụng làm chất mang cho hệ thống phân phối thuốc và các vi cầu có cấu trúc và tính chất cụ thể có thể được chuẩn bị chính xác bằng công nghệ in 3D SLS. Các vi cầu này có thể mang các thành phần thuốc và đạt được sự giải phóng thuốc chính xác trong cơ thể, cải thiện hiệu quả của thuốc và giảm tác dụng phụ.

2. Giàn giáo kỹ thuật mô: 

Công nghệ in 3D SLS có thể được sử dụng để chuẩn bị các giàn giáo kỹ thuật mô có cấu trúc sinh học và các đặc tính cơ học. Là một thành phần của giàn giáo, các vi cầu y tế có thể cung cấp sự hỗ trợ và dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của tế bào và thúc đẩy tái tạo và sửa chữa mô.

3. Môi trường nuôi cấy tế bào: Thông qua công nghệ in 3D SLS, có thể chuẩn bị môi trường nuôi cấy tế bào có cấu trúc lỗ nhỏ và hình học phức tạp. Là một phần của môi trường vi mô, các vi cầu y tế có thể cung cấp các điểm bám dính và chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của tế bào và tối ưu hóa các điều kiện nuôi cấy tế bào.

In sinh học 3D

PCL là polyester nhiệt dẻo có khả năng tương thích sinh học, khả năng phân hủy và tính chất cơ học tốt. Nguyên liệu PCL có thể được xử lý bằng các công nghệ in 3D khác nhau (như mô hình lắng đọng hợp nhất FDM, thiêu kết laser chọn lọc SLS, v.v.) để tạo thành các sản phẩm in 3D có cấu trúc và chức năng phức tạp.

Đùn nóng chảy hạt là một quá trình quan trọng trong in sinh học, bao gồm việc nung nóng các hạt PCL đến trạng thái nóng chảy và sau đó đùn chúng qua vòi phun lên nền in để tạo thành các cấu trúc 3D từng lớp. Quá trình này có ưu điểm là độ chính xác cao, hiệu quả cao và tính linh hoạt cao để đáp ứng các nhu cầu y tế khác nhau.

1.Kỹ thuật mô:

PCL có thể được sử dụng như một vật liệu khung kỹ thuật mô để hỗ trợ sự phát triển và biệt hóa tế bào, đồng thời thúc đẩy quá trình sửa chữa và tái tạo mô. Thông qua công nghệ in sinh học, các khung kỹ thuật mô có cấu trúc và chức năng phức tạp có thể được chuẩn bị để hỗ trợ tốt hơn cho quá trình sửa chữa và tái tạo mô.

2. Kế hoạch phẫu thuật: 

Nguyên liệu PCL được sử dụng để in mô hình 3D các bộ phận cụ thể của bệnh nhân, giúp bác sĩ phẫu thuật lập kế hoạch phẫu thuật và mô phỏng các hoạt động. Điều này có thể cải thiện độ chính xác và an toàn của phẫu thuật và giảm rủi ro phẫu thuật.

3. Thiết bị y tế và cấy ghép: 

Nguyên liệu PCL cũng có thể được sử dụng để sản xuất các thiết bị y tế và cấy ghép, chẳng hạn như dụng cụ hướng dẫn phẫu thuật, chốt xương, tấm xương, v.v. Các thiết bị y tế và cấy ghép này có tính tương thích sinh học và tính chất cơ học tốt và có thể đáp ứng các nhu cầu y tế khác nhau.