Até onde sabemos, não há artigos de revisão que resumam as aplicações biomédicas de heteroestruturas preparadas por manufatura aditiva. Este artigo tem como objetivo destacar o avanço da pesquisa na fabricação aditiva de heteroestruturas promissoras para bioimplantes.



As interfaces exclusivas, arquiteturas robustas e efeitos sinérgicos inerentes às heteroestruturas as posicionam como uma opção altamente promissora para biomateriais avançados no atendimento aos rigorosos requisitos de anatomia altamente variável e funcionalidades complexas de pacientes individuais. No entanto, o avanço das heteroestruturas encontrou obstáculos no controle preciso da evolução cristalina/fase e distribuição/fração de componentes e estruturas.

Felizmente, a fabricação aditiva, conhecida por sua alta eficiência, flexibilidade de projeto e alta precisão dimensional, fornece uma solução estratégica para regular a estrutura e a composição em múltiplas escalas, mantendo o potencial para o desenvolvimento de heteroestruturas com propriedades sem precedentes. Mas existe um vazio evidente na literatura científica, uma vez que estão notavelmente ausentes artigos de revisão abrangentes que resumem as aplicações biomédicas de heteroestruturas através da fabricação aditiva.

Em uma publicação recente no International Journal of Extreme Manufacturing A equipe do Prof. Cijun Shuai e do Prof. Chengde Gao da Central South University aborda uma lacuna crítica na literatura examinando minuciosamente os avanços na fabricação aditiva de heteroestruturas promissoras e suas aplicações biomédicas com uma análise aprofundada de suas estruturas, composições, propriedades , vantagens, processos e aplicações.

Os efeitos sinérgicos decorrentes da heteroestrutura através da combinação de desempenhos mecânicos e biológicos também são resumidos. Esta revisão oferece uma janela única para a utilização promissora de heteroestruturas em campos biomédicos, com especial atenção para bioandaimes, vasculaturas, biossensores e biodetecções.

A heteroestrutura se apresenta na forma de heterogeneidade macro/microestrutural, heterogeneidade cristalina ou heterogeneidade composicional. "Especialmente, o desempenho sinérgico de biomateriais heteroestruturados, particularmente em termos de estruturas e composições, se deve ao desenvolvimento inteligente de estruturas especiais que abrangem múltiplas propriedades", disse Cijun Shuai, professor e primeiro autor do artigo. Essas características de heteroestrutura oferecem oportunidades para bioimplantes com múltiplas características de desempenho.

As heteroestruturas não apenas superam as limitações inerentes aos materiais/estruturas, mas também permitem alcançar novos desempenhos sinérgicos por meio de combinação adequada.

"No entanto, os principais desafios da preparação da heteroestrutura residem no controle preciso da evolução cristalina/fase, bem como na distribuição/fração de componentes e estruturas de zonas heterogêneas. Portanto, cada vez mais tentativas e atenções têm sido dedicadas ao avanço de novos processos para heteroestrutura, entre os quais a fabricação aditiva se destacou pela alta flexibilidade", disse Chengde Gao, professor associado e autor correspondente do artigo.

Estes são principalmente mecanismos funcionais de heteroestrutura.

A manufatura aditiva, normalmente chamada de impressão 3D, é uma abordagem de fabricação “de baixo para cima” e pode preparar peças estruturais complexas que antes eram inatingíveis pelos métodos de fabricação tradicionais.

“Assim, oferece novas ideias e métodos para a preparação de materiais/estruturas específicas devido à alta eficiência, flexibilidade de projeto e alta precisão dimensional. Essas características permitem à fabricação aditiva a capacidade de regular estrategicamente a estrutura e composição em diversas escalas, o que proporciona um caminho altamente promissor para o desenvolvimento de heteroestruturas com propriedades sem precedentes", disse Desheng Li, Ph.D. estudante e os demais autores.

Apesar do potencial significativo das heteroestruturas como soluções promissoras para as áreas biomédicas, ainda existem algumas limitações que precisam ser superadas urgentemente. "Por um lado, os efeitos sinérgicos desencadeados pelos múltiplos mecanismos funcionais ou de fortalecimento na heteroestrutura precisam ser investigados em profundidade para determinar seus efeitos mútuos nas propriedades finais introduzidas pela evolução microestrutural e pela liga composicional."

"Por outro lado, as heterogeneidades das zonas permitem a exploração de muitas diferenças microestruturais, tais como o desenvolvimento mais bioinspirado de heteroestruturas da natureza, em direção ao objetivo idealizado de atualizar ou substituir materiais convencionais. Finalmente, construir as relações potenciais de composição- desempenho da estrutura e descobrindo os efeitos sinérgicos intrínsecos, combinando estudos experimentais, teóricos e de modelagem que podem ser derivados como princípios de design para biomateriais heteroestruturados", disse Cijun Shuai.

Em resumo, a aplicação da crescente fabricação aditiva de heteroestrutura à prevenção de infecções, farmácia e distribuição de medicamentos é uma área válida para pesquisas futuras, que promete mais avanços e reformas no campo biomédico. Estes trarão muitos benefícios futuros para a humanidade.

Mais informações: Cijun Shuai et al, Fabricação aditiva de heteroestrutura promissora para aplicações biomédicas, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acded2
Fornecido por International Journal of Extreme Manufacturing