Bioresorbowalne proszki metali do produkcji addytywnej
Materiały bioresorbowalne do produkcji addytywnej stanowią innowacyjny obszar w materiałoznawstwie i inżynierii materiałowej w połączeniu z inżynierią biomedyczną dla nowych dróg leczenia pacjentów. Metale bioresorbowalne są zaprojektowane tak, aby z czasem ulegały bezpiecznemu rozkładowi w organizmie, ostatecznie wchłaniając się bez powodowania szkód lub toksyczności. W przypadku zastosowania w produkcji addytywnej metale te mogą być precyzyjnie kształtowane w złożone, specyficzne dla pacjenta implanty. Połączenie struktur kratowych uzyskanych za pomocą laserowej syntezy proszków z unikalnymi właściwościami materiałów bioresorbowalnych, które mogą bezpiecznie rozpuszczać się w organizmie po spełnieniu swojego zadania, skutkuje zapotrzebowaniem na nowe stopy do zastosowań związanych ze wzrostem i regeneracją kości. Ta dyscyplina naukowa ma znaczące implikacje dla medycyny, w szczególności w opracowywaniu implantów i urządzeń zaprojektowanych do wspomagania regeneracji tkanek, dostarczania leków lub tymczasowej stabilizacji struktur bez konieczności ich chirurgicznego usuwania.
Jaki jest główny element stopów bioresorbowalnych?
Najczęściej badane w tym celu bioresorbowalne metale obejmują stopy magnezu, żelaza i cynku. Każdy z tych metali został przebadany pod kątem biokompatybilności, szybkości degradacji i właściwości mechanicznych:
- Magnez i jego stopy są znane ze stosunkowo szybkiego tempa degradacji i dobrej biokompatybilności, dzięki czemu nadają się do zastosowań, w których potrzebne jest tymczasowe wsparcie.
- Stopy na bazie żelaza ulegają degradacji wolniej niż magnez, oferując dłuższe ramy czasowe wsparcia, ale z wyzwaniem kontrolowania szybkości degradacji w celu uniknięcia niekorzystnych skutków.
- Cynk i jego stopy prezentują pośredni poziom, z umiarkowanymi wskaźnikami degradacji i obiecującymi profilami biokompatybilności.
Sprawdź nasz artykuł badawczy dotyczący nowego stopu Mg modyfikowanego litem.
Zastosowania bioresorbowalnych proszków metali
Główne zastosowania bioresorbowalnych elementów wytwarzanych addytywnie to:
- Implanty ortopedyczne, takie jak śruby i płytki do stabilizacji złamań kości, które mogą być zaprojektowane tak, aby ulegały degradacji po wygojeniu kości, eliminując potrzebę drugiej operacji.
- Stenty do chirurgii naczyniowej mogą być wykonane w taki sposób, aby podtrzymywać ponownie otwarte naczynia do czasu ich ustabilizowania, a następnie ulegać degradacji w celu przywrócenia naturalnego przepływu.
- Rusztowania inżynierii tkankowej mogą być tworzone w celu wsparcia wzrostu nowej tkanki, a następnie rozpuszczają się, pozostawiając na miejscu tylko nowo utworzoną tkankę.
Projekt 3D-BioMg
Amazemet jest obecnie zaangażowany w polsko-turecki projekt bilateralny 3D-BioMg (finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju), w którym opracowujemy nowy stop na bazie magnezu w postaci sferycznych proszków do wytwarzania przyrostowego z wykorzystaniem atomizacji ultradźwiękowej.
Osiągnięcie celów projektu będzie pierwszym krokiem do wdrożenia nowej generacji biodegradowalnych i bioresorbowalnych implantów i rusztowań ułatwiających leczenie złamań kości, które stanowią powszechne zagrożenie dla zdrowia społeczeństwa. Przedmiotem projektu będzie opracowanie nowego biodegradowalnego stopu magnezowo-cynkowo-cyrkonowego za pomocą zaawansowanych metod wytwarzania, które łączą wytwarzanie addytywne za pomocą laserowego spiekania proszków i obróbki końcowej w celu zastąpienia obecnie stosowanych stałych implantów na bazie tytanu. Biodegradowalne implanty Mg mogą wyeliminować długoterminowe niepożądane reakcje i operacje rewizyjne związane z implantami stałymi. Jednak ich degradacja w warunkach fizjologicznych (testy in vitro) jest zbyt szybka. Mg o wysokiej czystości wykazuje znacznie niższe tempo korozji, ale jego wytrzymałość jest niewystarczająca dla większości zastosowań. Nasze podejście polega na wykorzystaniu techniki wytwarzania przyrostowego, dodaniu pierwiastków stopowych poprzez atomizację ultradźwiękową i zastosowaniu różnych metod obróbki końcowej w celu ustabilizowania szybkości korozji i poprawy właściwości mechanicznych, takich jak moduły Younga, które powinny być jak najbardziej zbliżone do parametrów kości, aby uniknąć efektu ekranowania naprężeń i w konsekwencji degradacji kości. Rozwiązanie problemu związanego z projektem może bezpośrednio prowadzić do opracowania i wdrożenia nowej generacji krótkoterminowych implantów ortopedycznych, które nie wymagają usuwania z ludzkiego ciała po długim okresie wzrostu kości.
Wyzwania związane z projektem
Pomimo obiecujących aspektów bioresorbowalnych proszków metali do produkcji addytywnej, pozostaje kilka wyzwań:
Kontrola szybkości degradacji: Zapewnienie, że metal ulega degradacji w tempie, które jest zgodne z procesem gojenia lub zamierzonymi ramami czasowymi wsparcia, ma kluczowe znaczenie.
Właściwości materiału: Równoważenie wytrzymałości, elastyczności i biokompatybilności w materiale, który ma również ulegać degradacji, stwarza wyjątkowe wyzwania w zakresie materiałoznawstwa.
Złożoność produkcji: Produkcja addytywna bioresorbowalnych metali wymaga precyzyjnej kontroli nad warunkami przetwarzania w celu utrzymania pożądanych właściwości materiału i jakości produktu.
Testy regulacyjne i kliniczne: Aby zapewnić bezpieczeństwo i skuteczność tych materiałów w zastosowaniach medycznych, konieczne są szeroko zakrojone testy i zatwierdzenie przez organy regulacyjne, co może być czasochłonne i kosztowne. Trudności związane ze stopami magnezu i cynku w laserowym napawaniu proszkowym są związane z generowaniem oparów. Nasz system Aconity MIDI jest wyposażony w „Kontrolowany przepływ objętościowy ekstrakcji oparów”, który pozwala przezwyciężyć takie wyzwania.
Przyszłe kierunki dla bioresorbowalnych proszków metali
Badania w dziedzinie bioresorbowalnych proszków metali do produkcji addytywnej wciąż postępują, z ciągłymi poszukiwaniami nowych materiałów i technik produkcyjnych w celu sprostania obecnym wyzwaniom. Innowacje w tej dziedzinie niosą ze sobą obietnicę zrewolucjonizowania opieki nad pacjentami poprzez zapewnienie bardziej spersonalizowanych, skutecznych i mniej inwazyjnych opcji leczenia. W miarę dojrzewania technologii możemy spodziewać się wzrostu liczby i różnorodności bioresorbowalnych urządzeń medycznych na bazie metalu, otwierając nowe horyzonty w leczeniu i rekonwalescencji.
| Czy potrzebujesz bioresorbowalnych proszków metali?
Udostępnij tego posta!
