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3D打印技术在生物高分子中的应用综述

2015-12-23 11:40
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今年,要问什么科技名词最热?3D打印可谓是首屈一指。3D打印技术被称为"桌面上的创意工厂"。先用相关软件将产品图纸转化为3D图像数据并上传电脑,放入相应的材料后,打印喷头就会根据图像数据逐层将东西打印出来,再堆叠在一起成为一个立体物品。由于采用"添加制造技术",因此更加节省原材料和人工,而且可制作形态各异的物品。理论上,只要电脑可以设计出的造型,3D打印机均可打印出来。

3D 打印技术的基本制造过程是按照"分层制造、逐层叠加"的原理。例如,可以根据CT 等成像数据,经计算机3D 建模转换后,再以STL 格式文件输入到计算机系统中,并分层成二维切片数据,通过计算机控制的3D 打印系统进行逐层打印,叠加后最终获得三维产品。 生物医用高分子材料是以医用为目的,用于和活体组织接触,具有诊断、治疗或替换机体中组织、器官或增进其功能的高分子材料。在功能高分子材料领域, 生物医用高分子材料可谓异军突起, 目前已成为发展最快的一个重要分支。

然而,让3D打印与生物医用高分子相碰撞会产生什么样绚丽的火花呢?

在生物医学领域,生物3D打印技术所具有的快速性、准确性,及擅长制作复杂形状实体的特性使它在生物医学领域有着非常广泛的应用前景。为什么?每个人的身体构造、病理状况都存在特殊性和差异化,当3D打印与医学影像建模、与仿真技术结合之后,就能够在人工假体、植入体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应。

(一)3D打印生物医用高分子

正如上文所说,四年前仍旧是高精尖技术的3D打印手段已经被广泛运用在科学研究的各种领域,而它在生物医用高分子领域的惊人应用拓展和巨大市场需求使得这二者的结合迅猛发展。其中,概括起来,3D打印生物医用高分子的具体可操作的实现手段分为以下四种:

1.光固化立体印刷

光固化立体印刷技术( SLA) 使用的原料为液态光敏树脂,也可在其中加入其他材料形成复合材料。它是采用计算机控制下的紫外激光束以计算机模型的各分层截面为路径逐点扫描,使被扫描区内的树脂薄层产生光聚合或光交联反应后固化,当一层固化完成后,在垂直方向移动工作台,使先前固化的树脂表面覆盖一层新的液态树脂,逐层扫描、固化,最终获得三维原型。

SLA 技术具有高精度、性能稳定、产品力学强度高等优点,其缺点是成型产品需要清洗除去杂质,可能造成产品变形。SLA 技术是目前技术最成熟和应用最广的3D 打印技术.该技术获得的3D 成型材料具有可调控的孔尺寸、孔隙率、贯通性和孔分布。

脂肪族聚酯由于具有良好的生物相容性和可调节的生物降解性能,因此目前被广泛应用于生物医用领域。以脂肪族聚酯为原料的3D 打印成型技术也受到了越来越多的关注。

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