Обзор технологий аддитивного производства для био-имплантов — различия между версиями

Материал из CADR
Перейти к: навигация, поиск
(A. Биопечать)
(Сноски)
Строка 42: Строка 42:
 
== Сноски ==
 
== Сноски ==
 
<references/>
 
<references/>
 +
 +
=== Источники из оригинальной статьи ===
 +
<references group="original-sources"/>

Версия 21:56, 31 января 2020

Данная статья является переводом статьи "A Review on Additive Manufacturing for Bio-Implants" под авторством Tajeshkumar R Jadhav. Статья распространяется на условиях лицензии Creative Commons 4.0 Attribution International.

I. Введение

Био-материалы -- это материалы, которые совместимы с живыми тканями и могут быть использованы для их замены. На макроскопическом уровне эти компоненты используются для исправления или замены костей, для поддержки процесса лечения. С общемировым повышением среднего возраста популяции, повышается и количество хирургических процедур, что в свою очередь подстёгивает исследователей в улучшении и оптимизации био-материалов. Хотя лечение через установку имплатов имеет высокий показатель успешности, существует фундаментальная проблема, связанная с остеоинтеграцией -- процессом залечивания, протекающем между костью и титановой основой импланта. Процесс остеоинтеграции на поверхности импланта, тем не менее, не интегрирует в себя перидонтальную ткань.

Аддитивное производство входит в свою третью декаду коммерческого и технологического развития. В данный период мы наблюдали множество значительных изменений, которые привели к повышению точности, лучшим механическим свойствам, более широкой области применений технологии, а также уменьшению стоимости машин и деталей, сделанных ими.

По всему миру, примерно 230 миллионов крупных хирургических процедур производятся в рутинном режиме. Большая часть этих процедур включают в себя реконструкцию, восстановление или замену одной или более повреждённой ткани или органа. Разработка тканей в комбинации с аддитивным производством возникла как альтернативная техника для восстановления повреждённых тканей или органов через создание индивидуальных для пациента "заплаток", которые восстанавливают, улучшают или поддерживают функционирование тканей.

Инжиниринг функциональных тканей или органов требует создания скафолдинга, или "строительных лесов", которые выступают в роли шаблона для роста тканей. Аддитивное производство может помочь в создании данных "строительных лесов" , слой за слоем, что может быть особенно применимо к реконструктивным операциям при травмах лица, так позволяет произвести основу со специфическими для анатомии пациента формами. В настоящее время материалы, форсирующие рост кости широко используются в реконструктивных операциях для лечения травм, но инжениринг "строительных лесов" для тканей получит большее распространение в клинической практике по мере прохождения исследований в этой области и клинические испытаний.

Одна из наиболее популярных технологий в области аддитивного производства основы для роста тканей является аддитивное производство на основе экструзии, где большое разнообразие материалов могут быть экструдированы, включая полмимеры, гидро-гели и керамические пасты. Для термопластиков этот процесс известен, как Fused Deposition Modelling (FDM). Во время аддитивного производства с экструзией материала, нити экструдируются из сопла и размещаются относительно друг друга в соответствии с шаблоном, заданным пользователем.

II. Технология производства био-имплантов

Аддитивное производство (AM) также известно, как быстрое прототипирование (RP) или 3D-печать включает в себя различные методы автоматизированного производства. Процесс аддитивного производства состоит из моделирования дизайна и собственно производства. 3D-модели могут быть разработаны в САПР, получены через CT сканирование или же MRI. После этого модель конвертируется в формат STL (стереолитография) или же новый AFM формат, затем нарезается на последовательность 2D-слоёв, что в итоге даёт файл, содержащий инструкции для принтера по пути, которому он должен следовать. Процесс обхода пути обычно идёт снизу вверх. В зависимости от выбранной AM-технологии, изготовленные детали могут требовать или не требовать пост-обработку для получения законченного продукта. Другими преимуществами являются кастомизация, низкая стоимость, меньшее количество инструментов и меньше технических знаний для управления машинами. Тем не менее, при всех преимуществах AM имеет некоторые недостатки, такие, как необходимость в пред- и пост-обработки, ограниченный набор материалов, доступных для печати и высокая стоимость оборудования.

A. Биопечать

Одним из наиболее сложных применений аддитивного производства является изготовления скаффолдинга. Для специфических требований восстановления перидонта, многофазовые скаффолды имеют значительные преимущества, так как они способствуют компартментализированному заживлению тканей[original-sources 1]Ivanovski, S., C. Vaquette, S. Gronthos, D. W. Hutmacher, and P. M.Bartold. Multiphasic scaffolds for periodontal tissue engineering. J.Dent. Res. 93:1212–1221, 2014.</ref>[original-sources 2]

B. Современные технологии производства

III. Типы технологий аддитивного производства

На данный момент существуют различные AM-технологии, которые используются для создания био-имплантов, такие, как Inkjet Printing (Polyjet), 3D-печать (3DP), Стереолитография (Stereolithograpy, STL), выборочное спекание слоёв (Selective Layer Melting, SLM) и био-печать, которая является отдельной категорией сама по себе. Они классифицируются разными способами, такими, как тип используемого источника энергии, процесс производства и т.д. Для данной статьи, мы будем классифицировать их на основе возможности печатать биологические материалы: непосредственно (i), или косвенно (ii).

  • Непосредственно -- совместная печать поддерживающей структуры и биологических материалов (клеток, ДНК, белков), также известная, как Биопечать.
  • Косвенно -- печать только поддерживающих структур.

A. Fused Deposition Modelling (FDM)

B. Tree-Dimensional Printing (3DP)

C. Stereolithography (STL или SLA)

IV. Био-импланты и их типы

A. Биологические импланты

B. Биологизированные импланты

C. Био-функциональные импланты

D. Инжиниринг тканей и регенеративная медицина

E. Нано-материалы и импланты

Ограничения AM-технологий в области медицины

Заключение

Сноски


Источники из оригинальной статьи

  1. Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок ivanovski не указан текст
  2. Obregon, F., C. Vaquette, S. Ivanovski, D. W. Hutmacher, and L. E. Bertassoni. Three-dimensional bioprinting for regenerative dentistry and craniofacial tissue engineering. J. Dent. Res. 94:143S–152S, 2015.