Onderzoek naar de vooruitgang in de additieve productie van veelbelovende heterostructuren en hun biomedische toepassingen

Voor zover de auteurs weten zijn er geen overzichtsartikelen verschenen die de biomedische toepassingen samenvatten van heterostructuren die zijn vervaardigd door middel van additieve productie. Dit artikel heeft tot doel de onderzoeksvooruitgang in de additieve productie van veelbelovende heterostructuur voor bio-implantaten te benadrukken.

De unieke interfaces, robuuste architecturen en synergetische effecten die inherent zijn aan heterostructuren positioneren ze als een veelbelovende optie voor geavanceerde biomaterialen om te voldoen aan de strenge eisen voor zeer variabele anatomie en complexe functionaliteiten van individuele patiënten. De vooruitgang van heterostructuren is echter op obstakels gestuit bij de precieze controle van de kristal-/fase-evolutie en de distributie/fractie van componenten en structuren.

Gelukkig biedt additieve productie, bekend om zijn hoge efficiëntie, ontwerpflexibiliteit en hoge maatnauwkeurigheid, een strategische oplossing om structuur en compositie op meerdere schaalniveaus te reguleren, waardoor het potentieel bestaat om heterostructuur met ongekende eigenschappen te ontwikkelen. Maar er bestaat een duidelijke leegte in de wetenschappelijke literatuur, aangezien uitgebreide overzichtsartikelen die de biomedische toepassingen van heterostructuren via additieve productie samenvatten, met name ontbreken.

In een recente publicatie in het Internationaal tijdschrift voor extreme productieHet team van prof. Cijun Shuai en prof. Chengde Gao van de Central South University pakt een kritische leemte in de literatuur aan door de vooruitgang in de additieve productie van veelbelovende heterostructuren en hun biomedische toepassingen grondig te onderzoeken met een diepgaande analyse van hun structuren, samenstellingen en eigenschappen. , voordelen, processen en toepassingen.

De synergetische effecten die voortkomen uit heterostructuur door het combineren van mechanische en biologische prestaties worden ook samengevat. Deze review biedt een uniek inzicht in het veelbelovende gebruik van heterostructuur op biomedische gebieden, met bijzondere aandacht voor bioscaffolds, vasculaturen, biosensoren en biodetecties.

Heterostructuur presenteert zich in de vorm van macro-/microstructurele heterogeniteit, kristallijne heterogeniteit of compositorische heterogeniteit. “Vooral de synergetische prestaties van heterogestructureerde biomaterialen, vooral in termen van structuren en composities, zijn te danken aan de slimme ontwikkeling van speciale structuren die meerdere eigenschappen omvatten”, zegt Cijun Shuai, een professor en de eerste auteur van het artikel. Deze kenmerken van heterostructuur bieden kansen voor bio-implantaten met meerdere prestatiekenmerken.

Heterostructuren overwinnen niet alleen de inherente beperkingen van materialen/structuren, maar maken ook het bereiken van nieuwe synergetische prestaties mogelijk door de juiste combinatie.

“De belangrijkste uitdagingen bij het voorbereiden van heterostructuur liggen echter in de nauwkeurigheidscontrole van de kristal-/fase-evolutie, evenals de verdeling/fractie van componenten en structuren van heterogene zones. Daarom zijn er steeds meer pogingen en aandacht besteed aan de vooruitgang van nieuwe processen voor heterostructuur, waaronder additieve productie die opvalt vanwege de hoge flexibiliteit”, zegt Chengde Gao, universitair hoofddocent en de corresponderende auteur van het artikel.

Dit zijn voornamelijk functionele mechanismen van heterostructuur.

Additieve productie, normaal gesproken 3D-printen genoemd, is een “bottom-up” productiebenadering en kan complexe structurele onderdelen vervaardigen die voorheen onbereikbaar waren met traditionele productiemethoden.

“Daarom biedt het nieuwe ideeën en methoden voor de bereiding van specifieke materialen/structuren vanwege de hoge efficiëntie, ontwerpflexibiliteit en hoge maatnauwkeurigheid. Deze kenmerken maken additieve productie mogelijk, het vermogen om de structuur en samenstelling op verschillende schaalniveaus strategisch te reguleren, wat zorgt voor een veelbelovend traject richting de ontwikkeling van heterostructuur met ongekende eigenschappen”, zegt Desheng Li, een Ph.D. student en de andere auteurs.

Ondanks het aanzienlijke potentieel van heterostructuren als veelbelovende oplossingen voor biomedische velden, zijn er nog steeds enkele beperkingen die dringend moeten worden overwonnen. “Aan de ene kant moeten de synergetische effecten die worden veroorzaakt door de meerdere functionele of versterkende mechanismen in de heterostructuur diepgaand worden onderzocht om hun wederzijdse effecten op de uiteindelijke eigenschappen te bepalen die worden geïntroduceerd door de microstructurele evolutie en compositorische legering.”

‘Aan de andere kant maken de heterogeniteiten van zones de verkenning mogelijk van vele microstructurele verschillen, zoals de meer bio-geïnspireerde ontwikkeling van heterostructuren uit de natuur, richting het geïdealiseerde doel van het upgraden of vervangen van conventionele materialen. structuur-prestaties en het blootleggen van de intrinsieke synergetische effecten door experimentele, theoretische en modelstudies te combineren die kunnen worden afgeleid als ontwerpprincipes voor heterogestructureerde biomaterialen, “zei Cijun Shuai.

Kortom, het toepassen van de ontluikende additieve productie van heterostructuur op infectiepreventie, apotheek en medicijnafgifte is een waardevol gebied voor toekomstig onderzoek, dat meer doorbraken en hervormingen op biomedisch gebied belooft. Deze zullen de mensheid in de toekomst veel voordelen opleveren.