Hasta donde saben los autores, no ha habido artículos de revisión que resuman las aplicaciones biomédicas de las heteroestructuras preparadas mediante fabricación aditiva. Este artículo tiene como objetivo resaltar los avances de la investigación en la fabricación aditiva de heteroestructuras prometedoras para bioimplantes.
Las interfaces únicas, las arquitecturas robustas y los efectos sinérgicos inherentes a las heteroestructuras las posicionan como una opción muy prometedora para que los biomateriales avanzados cumplan con los estrictos requisitos de una anatomía altamente variable y funcionalidades complejas de pacientes individuales. Sin embargo, el avance de las heteroestructuras ha encontrado obstáculos en el control preciso de la evolución de fase/cristal y la distribución/fracción de componentes y estructuras.
Afortunadamente, la fabricación aditiva, conocida por su alta eficiencia, flexibilidad de diseño y alta precisión dimensional, proporciona una solución estratégica para regular la estructura y la composición en múltiples escalas, lo que tiene el potencial de desarrollar heteroestructura con propiedades sin precedentes. Pero existe un vacío evidente en la literatura científica, ya que están notablemente ausentes artículos de revisión exhaustivos que resuman las aplicaciones biomédicas de las heteroestructuras mediante la fabricación aditiva.
En una publicación reciente en el International Journal of Extreme Manufacturing , El equipo del Prof. Cijun Shuai y el Prof. Chengde Gao de la Universidad Central Sur aborda una brecha crítica en la literatura al examinar minuciosamente los avances en la fabricación aditiva de heteroestructuras prometedoras y sus aplicaciones biomédicas con un análisis en profundidad de sus estructuras, composiciones y propiedades. , ventajas, procesos y aplicaciones.
También se resumen los efectos sinérgicos que surgen de la heteroestructura mediante la combinación de actuaciones mecánicas y biológicas. Esta revisión ofrece una ventana única a la utilización prometedora de la heteroestructura en los campos biomédicos, con especial atención a los bioandamios, vasculaturas, biosensores y biodetecciones.
La heteroestructura se presenta en forma de heterogeneidad macro/microestructural, heterogeneidad cristalina o heterogeneidad composicional. "Especialmente, el desempeño sinérgico de los biomateriales heteroestructurados, particularmente en términos de estructuras y composiciones, se debe al desarrollo inteligente de estructuras especiales que abarcan múltiples propiedades", dijo Cijun Shuai, profesor y primer autor del artículo. Estas características de la heteroestructura brindan oportunidades para bioimplantes con múltiples características de rendimiento.
Las heteroestructuras no solo superan las limitaciones inherentes de los materiales/estructuras, sino que también permiten lograr rendimientos sinérgicos novedosos mediante una combinación adecuada.
"Sin embargo, los principales desafíos de la preparación de la heteroestructura residen en el control preciso de la evolución del cristal/fase, así como de la distribución/fracción de componentes y estructuras de zonas heterogéneas. Por lo tanto, se han dedicado cada vez más intentos y atenciones al avance de nuevos procesos para la heteroestructura, entre los que se destaca la fabricación aditiva debido a su alta flexibilidad", afirmó Chengde Gao, profesor asociado y autor correspondiente del artículo.
Se trata principalmente de mecanismos funcionales de heteroestructura.
La fabricación aditiva, normalmente denominada impresión 3D, es un enfoque de fabricación "de abajo hacia arriba" y puede preparar piezas estructurales complejas que antes eran inalcanzables con los métodos de fabricación tradicionales.
"Por lo tanto, ofrece nuevas ideas y métodos para la preparación de materiales/estructuras específicas debido a su alta eficiencia, flexibilidad de diseño y alta precisión dimensional. Estas características permiten a la fabricación aditiva la capacidad de regular estratégicamente la estructura y composición en varias escalas, lo que proporciona un camino muy prometedor hacia el desarrollo de una heteroestructura con propiedades sin precedentes", afirmó Desheng Li, Ph.D. estudiante y los demás autores.
A pesar del importante potencial de las heteroestructuras como soluciones prometedoras para los campos biomédicos, todavía existen algunas limitaciones que es necesario superar con urgencia. "Por un lado, es necesario investigar en profundidad los efectos sinérgicos desencadenados por los múltiples mecanismos funcionales o de fortalecimiento en la heteroestructura para determinar sus efectos mutuos sobre las propiedades finales introducidas por la evolución microestructural y la aleación composicional".
"Por otro lado, las heterogeneidades de las zonas permiten la exploración de muchas diferencias microestructurales, como un desarrollo más bioinspirado de heteroestructuras de la naturaleza, hacia el objetivo idealizado de mejorar o reemplazar materiales convencionales. Finalmente, construir las relaciones potenciales de composición- rendimiento de la estructura y descubrir los efectos sinérgicos intrínsecos mediante la combinación de estudios experimentales, teóricos y de modelado que pueden derivarse como principios de diseño para biomateriales heteroestructurados", afirmó Cijun Shuai.
En resumen, la aplicación de la floreciente fabricación aditiva de heteroestructuras a la prevención de infecciones, la farmacia y la administración de medicamentos es un área que vale la pena para investigaciones futuras, que promete más avances y reformas en el campo biomédico. Estos traerán muchos beneficios futuros a la humanidad.
Más información: Cijun Shuai et al, Fabricación aditiva de heteroestructura prometedora para aplicaciones biomédicas, Revista Internacional de Fabricación Extrema (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acded2
Proporcionado por la Revista Internacional de Fabricación Extrema
