Såvitt författarna vet har det inte funnits några översiktsdokument som sammanfattar de biomedicinska tillämpningarna av heterostrukturer framställda genom additiv tillverkning. Detta dokument syftar till att belysa forskningsframstegen inom additiv tillverkning av lovande heterostrukturer för bioimplantat.
De unika gränssnitten, robusta arkitekturerna och synergistiska effekterna som är inneboende i heterostrukturer positionerar dem som ett mycket lovande alternativ för avancerade biomaterial för att möta de stränga kraven på mycket varierande anatomi och komplexa funktioner från enskilda patienter. Men utvecklingen av heterostrukturer har stött på hinder i den exakta kontrollen av kristall/fasutveckling och distribution/fraktion av komponenter och strukturer.
Lyckligtvis ger additiv tillverkning, känd för sin höga effektivitet, designflexibilitet och höga dimensionella noggrannhet, en strategisk lösning för att reglera struktur och sammansättning över flera skalor, vilket innehar potentialen för att utveckla heterostruktur med oöverträffade egenskaper. Men ett uppenbart tomrum finns i den vetenskapliga litteraturen, eftersom omfattande översiktsartiklar som sammanfattar de biomedicinska tillämpningarna av heterostrukturer via additiv tillverkning är särskilt frånvarande.
I en nyligen publicerad publikation i International Journal of Extreme Manufacturing , Prof. Cijun Shuai och Prof. Chengde Gaos team från Central South University tar itu med en kritisk lucka i litteraturen genom att noggrant undersöka framstegen inom additiv tillverkning av lovande heterostrukturer och deras biomedicinska tillämpningar med en djupgående analys av deras strukturer, sammansättningar, egenskaper , fördelar, processer och tillämpningar.
De synergistiska effekterna som uppstår från heterostruktur genom att kombinera mekaniska och biologiska egenskaper sammanfattas också. Denna recension erbjuder ett unikt fönster till det lovande utnyttjandet av heterostruktur inom biomedicinska områden, med särskild uppmärksamhet på bioställningar, kärlsystem, biosensorer och biodetektioner.
Heterostruktur presenteras i form av makro/mikrostrukturell heterogenitet, kristallin heterogenitet eller sammansättningsheterogenitet. "Särskilt de synergistiska prestandan hos heterostrukturerade biomaterial, särskilt när det gäller strukturer och kompositioner, beror på den smarta utvecklingen av speciella strukturer som spänner över flera egenskaper", säger Cijun Shuai, professor och den första författaren till artikeln. Dessa egenskaper hos heterostruktur ger möjligheter för bioimplantat med flera prestandaegenskaper.
Heterostrukturer övervinner inte bara de inneboende begränsningarna hos material/strukturer utan gör det också möjligt att uppnå de nya synergistiska prestanda genom korrekt kombination.
"Men de största utmaningarna med att förbereda heterostruktur ligger i noggrannhetskontrollen av kristall/fas-utvecklingen, såväl som fördelningen/fraktionen av komponenter och strukturer i heterogena zoner. Därför har fler och fler försök och uppmärksamhet ägnats åt framstegen. av nya processer för heterostruktur, bland vilka additiv tillverkning har stuckit ut på grund av den höga flexibiliteten", säger Chengde Gao, docent och motsvarande författare till artikeln.
Dessa är huvudsakligen funktionella heterostrukturmekanismer.
Additiv tillverkning, vanligtvis kallad 3D-utskrift, är en "bottom-up" tillverkningsmetod och kan förbereda komplexa strukturella delar som tidigare var ouppnåeliga med traditionella tillverkningsmetoder.
"Därför erbjuder det nya idéer och metoder för framställning av specifika material/strukturer på grund av hög effektivitet, designflexibilitet och hög dimensionell noggrannhet. Dessa egenskaper möjliggör additiv tillverkning kapaciteten att strategiskt reglera strukturen och sammansättningen i flera skalor, vilket ger en mycket lovande väg mot utveckling av heterostruktur med oöverträffade egenskaper", säger Desheng Li, en Ph.D. student och de andra författarna.
Trots den betydande potentialen hos heterostrukturer som lovande lösningar för biomedicinska områden, finns det fortfarande vissa begränsningar som snarast måste övervinnas. "Å ena sidan måste de synergistiska effekterna som utlöses av de multipla funktionella eller förstärkande mekanismerna i heterostrukturen undersökas på djupet för att fastställa deras ömsesidiga effekter på slutliga egenskaper som introduceras av den mikrostrukturella utvecklingen och sammansättningslegeringen."
"Å andra sidan tillåter zonernas heterogenitet utforskning av många mikrostrukturella skillnader, såsom mer bioinspirerad utveckling av heterostrukturer från naturen, mot det idealiserade målet att uppgradera eller ersätta konventionella material. Slutligen, konstruera de potentiella sambanden mellan sammansättning- struktur-prestanda och avslöja de inneboende synergistiska effekterna genom att kombinera experimentella, teoretiska och modelleringsstudier som kan härledas som designprinciper för heterostrukturerade biomaterial, säger Cijun Shuai.
Kort sagt, att tillämpa spirande additiv tillverkning av heterostrukturer för förebyggande av infektioner, apotek och läkemedelsleverans är ett värdefullt område för framtida forskning, som lovar fler genombrott och reformer inom det biomedicinska området. Dessa kommer att medföra många framtida fördelar för mänskligheten.
Mer information: Cijun Shuai et al, Additiv tillverkning av lovande heterostrukturer för biomedicinska tillämpningar, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acded2
Tillhandahålls av International Journal of Extreme Manufacturing
