Die Integration und Innovation abbaubarer Polyestermaterialien und 3D-Drucktechnologie

Abbaubare Polyestermaterialien:Abbaubare Polyestermaterialien sind eine Klasse biologisch abbaubarer Polymermaterialien, die in der natürlichen Umgebung oder durch enzymatische Hydrolyse von Organismen allmählich in kleine Moleküle zerlegt und schließlich von Organismen absorbiert oder aus dem Körper ausgeschieden werden können. Diese Art von Material hat aufgrund seiner guten Biokompatibilität, Abbaubarkeit und Verarbeitungsleistung ein breites Anwendungspotenzial im medizinischen Bereich.

Gängige abbaubare Polyestermaterialien:einschließlich Polymilchsäure (PLA), Polyglykolsäure (PGA), Polyε-Caprolacton (PCL), Polytrimethylcarbonat (PTMC), Polyp-Dicyclohexanon (PPDO) und so weiter. Der Abbauzyklus, die mechanischen Eigenschaften und die Hydrophilie dieser Materialien können durch unterschiedliche Monomerverhältnisse und Copolymerisationsmethoden gesteuert werden, um unterschiedliche medizinische Anforderungen zu erfüllen. Abbaubare Polyestermaterialien in Kombination mit 3D-Drucktechnologie zeigen großes Potenzial für die personalisierte medizinische Anpassung, können komplexe medizinische Implantate, chirurgische Führungen usw. präzise herstellen, die den Anforderungen der Patienten entsprechen, um gleichzeitig Präzisionsmedizin zu erreichen, das Material kann nach Abschluss der Aufgabe vom Körper absorbiert werden, das Risiko einer sekundären Operation verringern und die Rehabilitation der Patienten fördern.

Erstens: Individuelle Anpassung abbaubarer Polyestermaterialien für medizinische Zwecke

Personalisierte Umsetzung

1. Monomerverhältnis und Copolymerisationsverfahren:

Durch Anpassen des Monomerverhältnisses und des Copolymerisationsmodus abbaubarer Polyestermaterialien können die Abbauzeit, die mechanischen Eigenschaften und die Hydrophilie abbaubarer Polyestermaterialien präzise reguliert werden. Beispielsweise kann das Copolymer PLCL aus Polymilchsäure (PLA) und Polε-Caprolacton (PCL) die Abbaurate und die mechanischen Eigenschaften des Materials steuern, indem das Verhältnis von PLA und PCL geändert wird.

2. Aufbau der Molekülkettenstruktur: 

Durch die Gestaltung der Molekülkettenstruktur von Polymeren wie Molekulargewichtsgröße und Verteilungsbreite, Endmodifizierung, Block, Verzweigung, Vernetzung, Hyperverzweigung usw. können die Eigenschaften von Materialien weiter gesteuert werden. Beispielsweise können die Festigkeit und Zähigkeit von Polymilchsäure durch die Einführung dehnbarer Kettensegmente oder den Aufbau vernetzter Netzwerke verbessert werden.

3. Kontrolle der Aggregatstruktur: 

Durch die Steuerung der Aggregatstruktur von Polymeren, wie z. B. Orientierung und Kristallisation, können der Abbauzyklus und die mechanischen Eigenschaften von Materialien gesteuert werden. Beispielsweise kann eine mechanische Selbstverstärkung erreicht werden, indem PLLA durch Zugorientierung zur Bildung faseriger Kristalle angeregt wird. Der Abbauzyklus von PLLA-Materialien kann gesteuert werden, indem die Kristallinität von PLLA-Materialien mit Keimbildnern angepasst wird.

4. Design verblenden: 

Die Texturstruktur des heterogenen Systems kann durch Mischen und andere Mittel so gestaltet werden, dass die Leistung abbaubarer Polyestermaterialien effektiv gesteuert werden kann. Beispielsweise können die mechanische Festigkeit und die biologische Aktivität abbaubarer Polyesterverbundstoffe durch das Mischen bioaktiver anorganischer Nanomaterialien verbessert werden. Durch das Mischen des entwickelbaren Materials kann dem entwickelbaren Polyestermaterial der entwickelbare Effekt verliehen werden.

Personalisierte Anwendungsbeispiele

1. Tissue Engineering und regenerative Medizin: 

Abbaubare Polyestermaterialien können zur Herstellung von 3D-gedruckten Stents für die Gewebezüchtung verwendet werden, die an die spezifischen Bedürfnisse der Patienten angepasst werden können. Durch Anpassen der Abbaurate und der mechanischen Eigenschaften des Materials kann beispielsweise ein Gerüst hergestellt werden, das dem Gewebe des Patienten entspricht und so die Geweberegeneration und -reparatur fördert.

2. Chirurgische Hilfsmittel: 

Mithilfe der 3D-Drucktechnologie können auch Operationshilfen wie Operationsschablonen, Operationsmodelle usw. hergestellt werden. Diese Hilfsmittel können Ärzten bei der Simulation und Planung von Operationen vor der Operation helfen und so die Genauigkeit und Sicherheit der Operationen verbessern.

3. Biologisch abbaubare Medizinprodukte: 

Wie biologisch abbaubare Stents können sich diese Geräte nach der Implantation im Körper allmählich abbauen, wodurch die langfristigen Risiken vermieden werden, die durch herkömmliche Metallstents verursacht werden können. Gleichzeitig kann sich das individuelle Design biologisch abbaubarer Stents besser an die Gefäßstruktur des Patienten anpassen und den Behandlungseffekt verbessern.

PCL, PLA und PLCL haben im Bereich der biomedizinischen Materialien ihre eigenen Eigenschaften. PCL hat eine gute Biokompatibilität, einen kontrollierbaren Abbau und hervorragende mechanische Eigenschaften. Die Abbaurate ist jedoch langsam und die Festigkeit relativ gering. PLA ist vollständig biologisch abbaubar, hat eine gute Verarbeitungsleistung und eine hohe mechanische Festigkeit. Die Sprödigkeit ist jedoch groß, die Abbaurate kann zu schnell sein.

PLCL kombiniert die Zähigkeit von PCL mit der Stärke von PLA, hat einen kontrollierbaren Abbauzyklus, hervorragende mechanische Eigenschaften und eine gute Biokompatibilität. Es eignet sich für verschiedene Anwendungen im Bereich Tissue Engineering wie Knorpelreparatur, Nervenkanäle, Gefäßstents und Knochenreparatur. Die Anwendung der additiven Fertigungstechnologie PLCL im Bereich Tissue Engineering bietet erhebliche Vorteile und Potenzial.

Zweitens die Anwendung der PLCL-Additiv-Fertigungstechnologie im Tissue Engineering

1. Externer Trachealstent: 

PLCL-Material mit Formgedächtnisfunktion wird verwendet, um mithilfe der 3D-Drucktechnologie einen externen Trachealstent mit individueller Form und Größe herzustellen. Der Stent kann nach der Implantation schnell in die vorgegebene Form zurückkehren, bietet der Trachea eine stabile Unterstützung und weist eine gute Biokompatibilität und Abbaubarkeit auf.

2. Brustimplantate: 

Personalisierte Brustimplantate werden aus abbaubaren Polyestermaterialien entsprechend der Brustform und -größe der Patientin hergestellt. Das Implantat kann sich mit der Zeit allmählich abbauen und schließlich vom Körper absorbiert werden. Dadurch werden die langfristigen Komplikationen vermieden, die bei herkömmlichen Implantaten auftreten können.

3. Andere Medizinprodukte: 

Abbaubare Polyestermaterialien können auch zur Herstellung personalisierter orthopädischer Implantate, kardiovaskulärer Interventionsgeräte, resorbierbarer Nähte und anderer medizinischer Geräte verwendet werden. Diese Geräte können an die individuellen Bedürfnisse der Patienten angepasst werden, was die Behandlungsergebnisse und die Lebensqualität der Patienten verbessert.

Polymermaterial hat die PLCL-Technologie zur additiven Fertigung erfolgreich in der Gewebezüchtung angewendet und hat sich auf viele Bereiche ausgeweitet, wie etwa medizinische 3D-Druckdrähte, biologischen 3D-Druck und SLS-3D-Druck von medizinischen Mikrokugel-Rohmaterialien.

Drittens die Anwendung abbaubarer biomedizinischer Materialien

Medizinischer 3D-Druckdraht

PLA-Medizindrähte haben einen wichtigen Anwendungswert beim 3D-Druck von Kieferknochen/Schädelreparaturen, porösen Gerüsten zur Knorpelreparatur, Gefäßgerüsten usw. Aufgrund ihrer guten Bioabsorbierbarkeit, hohen Festigkeit und Duktilität sowie guten Biokompatibilität werden PLA-3D-gedruckte Linien im medizinischen Bereich häufig verwendet. Beispiele hierfür sind absorbierbare Implantate zur Kieferknochenreparatur und poröse Gerüste zur Knochenreparatur.

Anwendung medizinischer Mikrokugeln im SLS-3D-Druck

Am 23. Juli 2024 hat eine Technologie namens „Ein kontrollierbarer Herstellungsprozess für medizinische 3D-Druckmikrokugeln“, die von Shenzhen Guanghua Weiye Co., Ltd. und seiner Tochtergesellschaft Shenzhen Jusheng Biotechnology Co., LTD. erfolgreich entwickelt wurde, offiziell die Prüfung des staatlichen Amtes für geistiges Eigentum bestanden und die nationale Patentgenehmigung für die Erfindung erhalten. Die Erfindung konzentriert sich auf die Entwicklung eines Herstellungsprozesses, der sicherstellt, dass Mikrokugeln, die im medizinischen 3D-Druck verwendet werden, eine kontrollierbare Partikelgröße und biologische Abbaurate aufweisen.

Der Kern des Herstellungsprozesses besteht darin, eine präzise Kontrolle der Partikelgröße und der biologischen Abbaurate der Mikrokügelchen zu erreichen, was die Anwendung der SLS-3D-Drucktechnologie im medizinischen Bereich stark unterstützt.

1. Arzneimittelabgabesystem:

Medizinische Mikrokügelchen können als Träger für Arzneimittelverabreichungssysteme verwendet werden. Mikrokügelchen mit spezifischen Strukturen und Eigenschaften können mithilfe der SLS-3D-Drucktechnologie präzise hergestellt werden. Diese Mikrokügelchen können Arzneimittelbestandteile transportieren und eine präzise Arzneimittelfreisetzung im Körper erreichen, wodurch die Wirksamkeit des Arzneimittels verbessert und Nebenwirkungen verringert werden.

2. Gerüste für die Gewebezüchtung: 

Mithilfe der SLS-3D-Drucktechnologie können Gerüste für die Gewebezüchtung mit bionischer Struktur und mechanischen Eigenschaften hergestellt werden. Als Bestandteil von Gerüsten können medizinische Mikrokugeln die für das Zellwachstum erforderliche Unterstützung und Ernährung bieten und die Geweberegeneration und -reparatur fördern.

3. Mikroumgebung für Zellkulturen: Mithilfe der SLS-3D-Drucktechnologie kann eine Mikroumgebung für Zellkulturen mit Mikroporenstruktur und komplexer Geometrie hergestellt werden. Als Teil der Mikroumgebung können medizinische Mikrokugeln die für das Zellwachstum erforderlichen Befestigungspunkte und Nährstoffe bereitstellen und die Bedingungen für die Zellkultur optimieren.

3D-Biodruck

PCL ist ein thermoplastischer Polyester mit guter Biokompatibilität, Abbaubarkeit und guten mechanischen Eigenschaften. PCL-Rohstoffe können mit verschiedenen 3D-Drucktechnologien (wie Fused Deposition Modeling FDM, selektives Lasersintern SLS usw.) verarbeitet werden, um 3D-Druckprodukte mit komplexen Strukturen und Funktionen herzustellen.

Die Partikelschmelzextrusion ist ein wichtiger Prozess beim Bioprinting. Dabei werden PCL-Partikel in einen geschmolzenen Zustand erhitzt und dann durch eine Düse auf eine Druckplattform extrudiert, um schichtweise 3D-Strukturen zu bilden. Dieser Prozess bietet die Vorteile hoher Präzision, hoher Effizienz und hoher Flexibilität, um verschiedenen medizinischen Anforderungen gerecht zu werden.

1. Gewebetechnik:

PCL kann als Gerüstmaterial für die Gewebezüchtung verwendet werden, um Zellwachstum und -differenzierung zu unterstützen und die Reparatur und Regeneration von Gewebe zu fördern. Mithilfe der Bioprinting-Technologie können Gerüste für die Gewebezüchtung mit komplexen Strukturen und Funktionen hergestellt werden, die die Reparatur und Regeneration von Gewebe besser unterstützen.

2. Operationsplanung: 

PCL-Rohmaterialien werden zum Drucken von 3D-Modellen bestimmter Körperteile von Patienten verwendet, was Chirurgen bei der Planung und Simulation von Operationen hilft. Dies kann die chirurgische Genauigkeit und Sicherheit verbessern und chirurgische Risiken verringern.

3. Medizinische Geräte und Implantate: 

PCL-Rohstoffe können auch zur Herstellung medizinischer Geräte und Implantate wie chirurgischer Führungen, Knochennägel, Knochenplatten usw. verwendet werden. Diese medizinischen Geräte und Implantate verfügen über eine gute Biokompatibilität und gute mechanische Eigenschaften und können verschiedene medizinische Anforderungen erfüllen.