快速成型在生物医学领域的应用

快速成型在生物医学领域的应用

RapidPrototypingforBiomedicalApplications学生：学号：

LOM薄型材料选择性切割SLS粉末材料选择性烧结SLA液态光敏聚合物选择固化FDM丝状材料选择性熔覆成型数字光加工喷射多层喷墨建模制作ThereareseveralRPtechnologiesinmedicine,whichcanbedividedinsubtractiveandadditiveones.1方法分类

1方法分类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参考文献:4thInternationalConferenceonMaterialsProcessingandCharacterizationModernTrendsinRapidPrototypingforBiomedicalApplicationsDeepenBanoriya,RajeshPurohit*andR.K.Dwivedi2材料分类

3应用分类

4应用实例A〔1〕物理模型的复制实际应用

4应用实例LOM法制作的纸质实体模型SLA法制作的光固化树脂实体模型SLS法制作的工程塑料实体模型参考文献：陈德敏,刘义荣,刘俊.上海交通大学医学院附属第九人民医院生物材料中心,上海市口腔医学重点实验室,上海200011;2.上海倍尔康生物医学科技,上海202103)LOM法制成的模型外表精度较高，适合做大件和实体件。但是制作过程中需要人员看护,最终完成的蚀刻模型需人工剥离,成形件外表粗糙，强度差，,不易长期保存。SLA法加工的产品有较高的精度和强度,适合做小件和精细件,成形件适宜携带和保存，但是本钱高,使用的光固化树脂价格昂贵。SLS法选材广泛,可烧结蜡粉、聚碳酸酯、工程塑料、陶瓷、金属粉末等,材料利用率高,本钱低,造型速度较快，但强度和精度不是很高。综合上述三种制作工艺,就性价比而言,我们认为SLS法比较适合颅骨缺损的重建和制造。

4应用实例

4应用实例

4应用实例A〔4〕生物支架

4应用实例3D打印机制备出的人体皮肤

4应用实例

〔5〕整形外科

4应用实例

4应用实例3D打印多孔β-磷酸三钙负载聚乳酸-羟基乙酸共聚物抗结核药物缓释微球复合材料：构建及细胞毒性评价孟磊，甄平，梁晓燕(1甘肃中医药大学，甘肃省兰州市730000；2解放军兰州军区兰州总医院全军骨科中心，甘肃省兰州市〕中国组织工程研究第20卷第25期2021–06–17出版背景：世界卫生组织2021年10月22日发表的?2021全球结核病报告?中，有两点值得医学界尤为关注：第一，2021年全世界有900万人罹患结核病，这一统计结果比之前估计的病例数目多出近50万例；第二，从世界范围看，难以治愈的耐多药结核病危机仍在继续，2021年所有结核病患者中有3.5%为耐多药结核病患者。核分为肺结核和肺外结核。肺外结核在结核病例中所占比例超过25%，是由结核分枝杆菌通过血液和淋巴扩散至肺外器官产生，以骨与关节结核较为常见。目前，骨关节结核可采取抗结核药物8-20个月的标准化治疗，然而较长的化疗期易导致患者较差的依从性和严重的不良反响，因此，骨关节结核治疗的关键是增加局部药物浓度，以获得较高的治疗效果，并降低药物的不良反响。骨关节结核所造成的局部骨结构严重破坏，经外科清创后会遗留下较大的骨质缺损，即便如此，结核杆菌也难被彻底去除。因此，构建一种既有填充骨质缺损和骨引导作用又能缓慢释放抗结核药物的复合材料，迅速成为骨关节结核外科治疗的热门课题。

4应用实例

4应用实例图中A为3D打印多孔β-磷酸三钙支架；B为聚乳酸-羟基乙酸共聚物抗结核药物缓释微球复合材料；C为3D打印多孔β-磷酸三钙负载聚乳酸-羟基乙酸共聚物抗结核药物缓释微球复合材料。

4应用实例实验步骤〔1〕3D打印多孔β-磷酸三钙：通过计算机辅助设计(CAD)构建拟打印的多孔β-磷酸三钙模型，利用粒径为2μm的β-磷酸三钙粉末、稀柠酸、磷酸二氢钾、二氧化硅、氧化锌、直径2-8μm石蜡微球，制备出打印墨水。选用750μm喷头，行走速度为100mm/min，每层厚度为750μm，层与层之间在X、Y、Z轴上的间隔的均为670μm。由3D-Bioplotter打印机完成β-磷酸三钙溶浆的喷涂后，再将β-磷酸三钙支架在1100℃下恒温烧结2h，最终获得成品。将3D打印多孔β-磷酸三钙作为非载药组支架。〔2〕复乳化溶剂挥发法制备PLGA抗结核药物缓释微球：称取异烟肼25mg、利福平25mg、PLGA50mg和聚乙烯醇600mg，将聚乙烯醇置入小烧杯中并参加30mL超纯水，热浴至聚乙烯醇完全溶解，作为粘接剂备用；将异烟肼参加2mL超纯水中，涡旋振荡器振荡3min混匀，作为水相备用；在利福平和PLGA中参加2mL二氯甲烷，作为油相备用。将以上置入4℃冰箱冷藏1h后，水相参加油相，经超声破碎仪混合、质、乳化、加速反响等，再将混合相迅速参加聚乙烯醇溶液中，通过磁力搅拌(转速2000r/min)，加速二氯甲烷的挥发，促进成球。期间，0.5h后可取少量溶液，在倒置显微镜下观察微球大致形状及大小均匀程度。4h后，停止搅拌，经过滤、枯燥后得微球。

4应用实例〔3〕3D打印多孔β-磷酸三钙负载PLGA抗结核药物缓释微球复合材料的制备：振荡搅拌PLGA抗结核药物缓释微球双蒸水溶液，混匀微球后加至平底离心管中，每支离心管内底部置入1块3D打印多孔β-磷酸三钙。启动离心机，转速设置为4000r/min，处理时间15min，经离心处理，PLGA抗结核药物缓释微球能够进入多孔β-磷酸三钙支架的所有孔隙内，直至饱和。离心处理后，弃去液体和多余微球，再向管内参加10%明胶溶液，再次低速离心15min，明胶溶液在离心过程中会进入微球间及微球与孔壁之间的空隙内，从而能够将微球粘结于多孔β-磷酸三钙的孔隙内。冷冻枯燥处理24h后，终得3D打印多孔β-磷酸三钙负载PLGA抗结核药物缓释