La integración e innovación de materiales de poliéster degradables y tecnología de impresión 3D
Materiales de poliéster degradables:Los materiales de poliéster degradables son una clase de materiales poliméricos biodegradables que pueden descomponerse gradualmente en pequeñas moléculas en el entorno natural o mediante la hidrólisis enzimática de los organismos y, finalmente, ser absorbidos por los organismos o eliminados del cuerpo. Este tipo de material tiene una amplia perspectiva de aplicación en el campo médico debido a su buena biocompatibilidad, degradabilidad y rendimiento de procesamiento.
Materiales de poliéster degradables comunes:incluyendo ácido poliláctico (PLA), ácido poliglicólico (PGA), poliε-caprolactona (PCL), politrimetilcarbonato (PTMC), pólipo-diciclohexanona (PPDO), etc. El ciclo de degradación, las propiedades mecánicas y la hidrofilicidad de estos materiales se pueden controlar mediante diferentes proporciones de monómeros y métodos de copolimerización para satisfacer diferentes necesidades médicas. Los materiales de poliéster degradables combinados con la tecnología de impresión 3D muestran un gran potencial en la personalización médica personalizada, pueden fabricar con precisión implantes médicos complejos que satisfacen las necesidades de los pacientes, guías quirúrgicas, etc., para lograr una medicina de precisión al mismo tiempo, el material puede ser absorbido por el cuerpo después de la finalización de la tarea, reducir el riesgo de cirugía secundaria y promover la rehabilitación de los pacientes.
En primer lugar, la personalización de materiales de poliéster degradables para fines médicos
Implementación personalizada
1. Relación de monómeros y método de copolimerización:
Al ajustar la proporción de monómeros y el modo de copolimerización de los materiales de poliéster degradables, se puede regular con precisión el período de degradación, las propiedades mecánicas y la hidrofilicidad de los materiales de poliéster degradables. Por ejemplo, el copolímero PLCL de ácido poliláctico (PLA) y poliε-caprolactona (PCL) puede controlar la tasa de degradación y las propiedades mecánicas del material al cambiar la proporción de PLA y PCL.
2. Diseño de la estructura de la cadena molecular:
El diseño de la estructura de la cadena molecular de polímeros, como el tamaño del peso molecular y el ancho de distribución, la modificación de los extremos, el bloque, la ramificación, la reticulación, la hiperramificación, etc., puede controlar aún más las propiedades de los materiales. Por ejemplo, la resistencia y la tenacidad del ácido poliláctico se pueden mejorar introduciendo segmentos de cadena dúctil o construyendo redes reticuladas.
3. Control de la estructura de agregación:
Al controlar la estructura de agregación de los polímeros, como la orientación y la cristalización, se puede controlar el ciclo de degradación y las propiedades mecánicas de los materiales. Por ejemplo, se puede lograr el autorrefuerzo mecánico induciendo al PLLA a formar cristales fibrosos mediante la orientación de tiro. El ciclo de degradación de los materiales PLLA se puede controlar ajustando la cristalinidad de los materiales PLLA con agentes nucleantes.
4. Diseño de mezcla:
La estructura de textura del sistema heterogéneo se puede diseñar mediante la mezcla y otros medios para controlar eficazmente el rendimiento de los materiales de poliéster degradables. Por ejemplo, la resistencia mecánica y la actividad biológica de los compuestos de poliéster degradables se pueden mejorar mediante la mezcla de nanomateriales inorgánicos bioactivos. Al mezclar el material desarrollable, se puede dar al material de poliéster desarrollable el efecto desarrollable.
Ejemplos de aplicaciones personalizadas
1. Ingeniería de tejidos y medicina regenerativa:
Los materiales de poliéster degradables se pueden utilizar para preparar stents de ingeniería tisular impresos en 3D, que se pueden personalizar según las necesidades específicas de los pacientes. Por ejemplo, al ajustar la tasa de degradación y las propiedades mecánicas del material, se puede preparar un andamio que se adapte al tejido del paciente, promoviendo así la regeneración y reparación del tejido.
2. Ayudas quirúrgicas:
La tecnología de impresión 3D también permite fabricar ayudas quirúrgicas, como guías quirúrgicas, modelos quirúrgicos, etc. Estas herramientas pueden ayudar a los médicos a simular y planificar antes de la cirugía, mejorando la precisión y la seguridad quirúrgicas.
3. Dispositivos médicos biodegradables:
Al igual que los stents biodegradables, estos dispositivos pueden degradarse gradualmente después de su implantación en el organismo, lo que evita los riesgos a largo plazo que pueden provocar los stents metálicos tradicionales. Al mismo tiempo, el diseño personalizado de los stents biodegradables puede adaptarse mejor a la estructura vascular del paciente y mejorar el efecto del tratamiento.
PCL, PLA y PLCL tienen sus propias características en el campo de los materiales biomédicos. PCL tiene buena biocompatibilidad, degradación controlable y excelentes propiedades mecánicas. Sin embargo, la tasa de degradación es lenta y la resistencia es relativamente baja. PLA tiene biodegradación completa, buen rendimiento de procesamiento y alta resistencia mecánica. Pero la fragilidad es alta, la tasa de degradación puede ser demasiado rápida.
El PLCL combina la dureza del PCL con la resistencia del PLA, tiene un ciclo de degradación controlable, excelentes propiedades mecánicas y buena biocompatibilidad. Es adecuado para diversas aplicaciones de ingeniería de tejidos, como reparación de cartílagos, conductos nerviosos, stents vasculares y reparación ósea. La aplicación de la tecnología de fabricación aditiva PLCL en la ingeniería de tejidos tiene importantes ventajas y potencial.
En segundo lugar, la aplicación de la tecnología de fabricación aditiva PLCL en la ingeniería de tejidos.
1. Stent traqueal externo:
El material PLCL con función de memoria de forma se utiliza para preparar un stent traqueal externo con forma y tamaño personalizados mediante tecnología de impresión 3D. El stent puede volver rápidamente a la forma predeterminada después de la implantación, proporcionar un soporte estable para la tráquea y tener buena biocompatibilidad y degradabilidad.
2. Implantes mamarios:
Los implantes mamarios personalizados se preparan con materiales de poliéster degradables según los requisitos de forma y tamaño de los senos de la paciente. El implante puede degradarse gradualmente con el tiempo y finalmente ser absorbido por el cuerpo, evitando las complicaciones a largo plazo que pueden surgir con los implantes tradicionales.
3. Otros dispositivos médicos:
Los materiales de poliéster degradables también se pueden utilizar para preparar implantes ortopédicos personalizados, dispositivos de intervención cardiovascular, suturas absorbibles y otros dispositivos médicos. Estos dispositivos se pueden personalizar según las necesidades individuales de los pacientes, mejorando los resultados del tratamiento y la calidad de vida de los pacientes.
El material polimérico ha aplicado con éxito la tecnología de fabricación aditiva PLCL en la ingeniería de tejidos y se ha expandido a muchos campos, como el alambre de impresión 3D médico, la impresión 3D biológica y la impresión 3D SLS de materias primas de microesferas médicas.
En tercer lugar, la aplicación de materiales biomédicos degradables
Alambre para impresión 3D médica
El alambre médico PLA tiene un valor de aplicación importante en la impresión 3D de reparación de huesos maxilofaciales/cráneos, andamios porosos para reparación de cartílagos, andamios vasculares, etc. Su buena bioabsorbibilidad, alta resistencia y ductilidad, y buena biocompatibilidad hacen que las líneas impresas en 3D de PLA sean ampliamente utilizadas en el campo médico. Algunos ejemplos incluyen implantes absorbibles para reparación de huesos maxilofaciales y andamios porosos para reparación de huesos.
Aplicación de microesferas médicas en la impresión 3D SLS
El 23 de julio de 2024, una tecnología denominada "Proceso de preparación de microesferas controlable para impresión 3D médica", desarrollada con éxito por Shenzhen Guanghua Weiye Co., Ltd. y su filial Shenzhen Jusheng Biotechnology Co., LTD., pasó oficialmente la revisión de la Oficina Estatal de Propiedad Intelectual y obtuvo la autorización de patente de invención nacional. La invención se centra en el desarrollo de un proceso de preparación que garantiza que las microesferas utilizadas en la impresión 3D médica tengan un tamaño de partícula y una tasa de biodegradación controlables.
El núcleo del proceso de preparación es lograr un control preciso del tamaño de partícula y la tasa de biodegradación de las microesferas, lo que proporciona un fuerte respaldo para la aplicación de la tecnología de impresión 3D SLS en el campo médico.
1. Sistema de administración de fármacos:
Las microesferas médicas se pueden utilizar como portadoras para sistemas de administración de fármacos, y se pueden preparar con precisión microesferas con estructuras y propiedades específicas mediante la tecnología de impresión 3D SLS. Estas microesferas pueden transportar ingredientes de fármacos y lograr una liberación precisa del fármaco en el cuerpo, mejorando la eficacia del fármaco y reduciendo los efectos secundarios.
2. Andamios de ingeniería de tejidos:
La tecnología de impresión 3D SLS se puede utilizar para preparar estructuras de ingeniería de tejidos con estructura biónica y propiedades mecánicas. Como componente de las estructuras, las microesferas médicas pueden proporcionar el soporte y la nutrición necesarios para el crecimiento celular y promover la regeneración y reparación de los tejidos.
3. Microambiente de cultivo celular: mediante la tecnología de impresión 3D SLS, se puede preparar un microambiente de cultivo celular con estructura de microporos y geometría compleja. Como parte del microambiente, las microesferas médicas pueden proporcionar los puntos de unión y los nutrientes necesarios para el crecimiento celular y optimizar las condiciones de cultivo celular.
Bioimpresión 3D
El PCL es un poliéster termoplástico con buena biocompatibilidad, degradabilidad y propiedades mecánicas. Las materias primas de PCL se pueden procesar mediante diferentes tecnologías de impresión 3D (como modelado por deposición fundida FDM, sinterización selectiva por láser SLS, etc.) para formar productos impresos en 3D con estructuras y funciones complejas.
La extrusión de partículas fundidas es un proceso importante en la bioimpresión, que implica calentar partículas de PCL hasta un estado fundido y luego extruirlas a través de una boquilla sobre una plataforma de impresión para formar estructuras 3D capa por capa. Este proceso tiene las ventajas de una alta precisión, alta eficiencia y alta flexibilidad para satisfacer diferentes necesidades médicas.
1.Ingeniería de tejidos:
El PCL se puede utilizar como material de andamiaje para la ingeniería de tejidos para favorecer el crecimiento y la diferenciación celular y promover la reparación y regeneración de tejidos. Mediante la tecnología de bioimpresión, se pueden preparar andamiajes de ingeniería de tejidos con estructuras y funciones complejas para proporcionar un mejor soporte para la reparación y regeneración de tejidos.
2. Planificación quirúrgica:
Las materias primas de PCL se utilizan para imprimir modelos 3D de partes específicas de los pacientes, lo que ayuda a los cirujanos a planificar y simular operaciones quirúrgicas. Esto puede mejorar la precisión y la seguridad quirúrgicas y reducir los riesgos quirúrgicos.
3. Dispositivos médicos e implantes:
Las materias primas de PCL también se pueden utilizar para fabricar dispositivos médicos e implantes, como guías quirúrgicas, clavijas óseas, placas óseas, etc. Estos dispositivos médicos e implantes tienen buena biocompatibilidad y propiedades mecánicas y pueden satisfacer diferentes necesidades médicas.
