A conoscenza degli autori, non sono stati pubblicati documenti di revisione che riassumano le applicazioni biomediche delle eterostrutture preparate mediante produzione additiva. Questo articolo mira a evidenziare i progressi della ricerca nella produzione additiva di promettenti eterostrutture per bioimpianti.
Le interfacce uniche, le architetture robuste e gli effetti sinergici inerenti alle eterostrutture le posizionano come un'opzione altamente promettente per i biomateriali avanzati nel soddisfare i severi requisiti di anatomia altamente variabile e funzionalità complesse dei singoli pazienti. Tuttavia, il progresso delle eterostrutture ha incontrato ostacoli nel controllo preciso dell'evoluzione del cristallo/fase e della distribuzione/frazione di componenti e strutture.
Fortunatamente, la produzione additiva, nota per la sua alta efficienza, flessibilità di progettazione ed elevata precisione dimensionale, fornisce una soluzione strategica per regolare la struttura e la composizione su più scale, offrendo il potenziale per lo sviluppo di un’eterostruttura con proprietà senza precedenti. Ma esiste un vuoto evidente nella letteratura scientifica, poiché sono assenti articoli di revisione completi che riassumono le applicazioni biomediche delle eterostrutture tramite la produzione additiva.
In una recente pubblicazione sull'International Journal of Extreme Manufacturing , Il team del Prof. Cijun Shuai e del Prof. Chengde Gao della Central South University affronta una lacuna critica nella letteratura esaminando attentamente i progressi nella produzione additiva di promettenti eterostrutture e le loro applicazioni biomediche con un'analisi approfondita delle loro strutture, composizioni, proprietà , vantaggi, processi e applicazioni.
Vengono inoltre riepilogati gli effetti sinergici derivanti dall'eterostruttura attraverso la combinazione di prestazioni meccaniche e biologiche. Questa recensione offre una finestra unica sul promettente utilizzo dell'eterostruttura nei campi biomedici, con particolare attenzione a bioscaffold, sistemi vascolari, biosensori e biorilevamenti.
L'eterogeneità si presenta sotto forma di eterogeneità macro/microstrutturale, eterogeneità cristallina o eterogeneità compositiva. "In particolare, le prestazioni sinergiche dei biomateriali eterostrutturati, in particolare in termini di strutture e composizioni, sono dovute allo sviluppo intelligente di strutture speciali che abbracciano molteplici proprietà", ha affermato Cijun Shuai, professore e primo autore dell'articolo. Queste caratteristiche dell'eterostruttura offrono opportunità per bioimpianti con molteplici caratteristiche prestazionali.
Le eterostrutture non solo superano le limitazioni intrinseche dei materiali/strutture, ma consentono anche il raggiungimento di nuove prestazioni sinergiche mediante una corretta combinazione.
"Tuttavia, le principali sfide nella preparazione dell'eterostruttura risiedono nel controllo accurato dell'evoluzione del cristallo/fase, nonché della distribuzione/frazione dei componenti e delle strutture di zone eterogenee. Pertanto, sempre più tentativi e attenzioni sono stati dedicati all'avanzamento di nuovi processi per l'eterostruttura, tra i quali la produzione additiva si è distinta per l'elevata flessibilità," ha affermato Chengde Gao, professore associato e autore corrispondente dell'articolo.
Questi sono principalmente meccanismi funzionali dell'eterostruttura.
La produzione additiva, normalmente denominata stampa 3D, è un approccio di produzione "dal basso verso l'alto" e può preparare parti strutturali complesse che in precedenza erano irraggiungibili con i metodi di produzione tradizionali.
"Offre quindi nuove idee e metodi per la preparazione di materiali/strutture specifici grazie all'elevata efficienza, flessibilità di progettazione ed elevata precisione dimensionale. Queste caratteristiche consentono alla produzione additiva la capacità di regolare strategicamente la struttura e la composizione su più scale, il che fornisce un percorso molto promettente verso lo sviluppo di un'eterostruttura con proprietà senza precedenti", ha affermato Desheng Li, Ph.D. studente e gli altri autori.
Nonostante il significativo potenziale delle eterostrutture come soluzioni promettenti per i campi biomedici, ci sono ancora alcune limitazioni che devono essere urgentemente superate. "Da un lato, gli effetti sinergici innescati dai molteplici meccanismi funzionali o di rafforzamento nell'eterostruttura devono essere studiati in modo approfondito per determinare i loro effetti reciproci sulle proprietà finali introdotte dall'evoluzione microstrutturale e dall'alligazione compositiva."
"D'altra parte, l'eterogeneità delle zone consente l'esplorazione di molte differenze microstrutturali, come uno sviluppo più bioispirato di eterostrutture dalla natura, verso l'obiettivo idealizzato di migliorare o sostituire i materiali convenzionali. Infine, costruire le potenziali relazioni di composizione- struttura-prestazioni e scoprendo gli effetti sinergici intrinseci combinando studi sperimentali, teorici e di modellazione che possono essere derivati come principi di progettazione per biomateriali eterostrutturati," ha affermato Cijun Shuai.
In breve, applicare la fiorente produzione additiva dell’eterostruttura alla prevenzione delle infezioni, alla farmacia e alla somministrazione di farmaci è un’area utile per la ricerca futura, che promette ulteriori scoperte e riforme nel campo biomedico. Questi porteranno molti benefici futuri all'umanità.
Ulteriori informazioni: Cijun Shuai et al, Produzione additiva di promettenti eterostrutture per applicazioni biomediche, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acded2
Fornito dall'International Journal of Extreme Manufacturing
