À la connaissance des auteurs, aucun article de synthèse ne résume les applications biomédicales des hétérostructures préparées par fabrication additive. Cet article vise à mettre en évidence les progrès de la recherche dans la fabrication additive d'hétérostructures prometteuses pour les bioimplants.
Les interfaces uniques, les architectures robustes et les effets synergiques inhérents aux hétérostructures les positionnent comme une option très prometteuse pour les biomatériaux avancés répondant aux exigences strictes d'une anatomie très variable et de fonctionnalités complexes de chaque patient. Cependant, l'avancement des hétérostructures a rencontré des obstacles dans le contrôle précis de l'évolution des cristaux/phases et de la distribution/fraction des composants et des structures.
Heureusement, la fabrication additive, connue pour sa grande efficacité, sa flexibilité de conception et sa grande précision dimensionnelle, fournit une solution stratégique pour réguler la structure et la composition à plusieurs échelles, offrant ainsi le potentiel de développer une hétérostructure aux propriétés sans précédent. Mais il existe un vide évident dans la littérature scientifique, car les articles de synthèse exhaustifs résumant les applications biomédicales des hétérostructures via la fabrication additive sont remarquablement absents.
Dans une publication récente dans l'International Journal of Extreme Manufacturing , l'équipe du professeur Cijun Shuai et du professeur Chengde Gao de la Central South University comble une lacune critique dans la littérature en examinant minutieusement les progrès de la fabrication additive d'hétérostructures prometteuses et leurs applications biomédicales avec une analyse approfondie de leurs structures, compositions et propriétés. , avantages, processus et applications.
Les effets synergiques résultant de l'hétérostructure en combinant performances mécaniques et biologiques sont également résumés. Cette revue offre une fenêtre unique sur l'utilisation prometteuse de l'hétérostructure dans les domaines biomédicaux, avec une attention particulière aux bioéchafaudages, aux systèmes vasculaires, aux biocapteurs et aux biodétections.
L'hétérostructure se présente sous la forme d'une hétérogénéité macro/microstructurale, d'une hétérogénéité cristalline ou d'une hétérogénéité de composition. "En particulier, les performances synergiques des biomatériaux hétérostructurés, notamment en termes de structures et de compositions, sont dues au développement intelligent de structures spéciales couvrant de multiples propriétés", a déclaré Cijun Shuai, professeur et premier auteur de l'article. Ces caractéristiques de l'hétérostructure offrent des opportunités pour les bioimplants dotés de multiples caractéristiques de performance.
Les hétérostructures surmontent non seulement les limitations inhérentes aux matériaux/structures, mais permettent également d'obtenir de nouvelles performances synergiques grâce à une combinaison appropriée.
"Cependant, les principaux défis de la préparation de l'hétérostructure résident dans le contrôle précis de l'évolution cristal/phase, ainsi que dans la distribution/fraction des composants et des structures des zones hétérogènes. Par conséquent, de plus en plus de tentatives et d'attentions ont été consacrées à l'avancée de nouveaux processus d'hétérostructure, parmi lesquels la fabrication additive se distingue par sa grande flexibilité", a déclaré Chengde Gao, professeur agrégé et auteur correspondant de l'article.
Il s'agit principalement de mécanismes fonctionnels d'hétérostructure.
La fabrication additive, généralement appelée impression 3D, est une approche de fabrication « ascendante » et peut préparer des pièces structurelles complexes qui étaient auparavant inaccessibles par les méthodes de fabrication traditionnelles.
« Par conséquent, il propose de nouvelles idées et méthodes pour la préparation de matériaux/structures spécifiques grâce à une efficacité élevée, une flexibilité de conception et une précision dimensionnelle élevée. Ces caractéristiques permettent à la fabrication additive d'avoir la capacité de réguler stratégiquement la structure et la composition à plusieurs échelles, ce qui fournit une voie très prometteuse vers le développement d'une hétérostructure dotée de propriétés sans précédent", a déclaré Desheng Li, titulaire d'un doctorat. étudiant, et les autres auteurs.
Malgré le potentiel important des hétérostructures en tant que solutions prometteuses pour les domaines biomédicaux, certaines limites doivent encore être surmontées de toute urgence. "D'une part, les effets synergiques déclenchés par les multiples mécanismes fonctionnels ou de renforcement de l'hétérostructure doivent être étudiés en profondeur pour déterminer leurs effets mutuels sur les propriétés finales introduites par l'évolution microstructurale et l'alliage de composition."
"D'un autre côté, les hétérogénéités des zones permettent d'explorer de nombreuses différences microstructurales, telles qu'un développement plus bio-inspiré d'hétérostructures issues de la nature, vers l'objectif idéalisé de mise à niveau ou de remplacement de matériaux conventionnels. Enfin, construire les relations potentielles de composition- structure-performance et découvrir les effets synergiques intrinsèques en combinant des études expérimentales, théoriques et de modélisation qui peuvent être dérivées comme principes de conception pour les biomatériaux hétérostructurés", a déclaré Cijun Shuai.
En bref, l’application de la fabrication additive naissante d’hétérostructures à la prévention des infections, à la pharmacie et à l’administration de médicaments constitue un domaine de recherche intéressant pour de futures recherches, qui promettent davantage de percées et de réformes dans le domaine biomédical. Ceux-ci apporteront de nombreux avantages futurs à l’humanité.
Plus d'informations : Cijun Shuai et al, Fabrication additive d'hétérostructures prometteuses pour les applications biomédicales, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI :10.1088/2631-7990/acded2
Fourni par l'International Journal of Extreme Manufacturing
