AGC公司推出用于 3D 打印逼真解剖模型的新型生物相容性材料

2023年1月11日，南極熊獲悉，玻璃、電子、化學品和陶瓷制造商AGC公司已經(jīng)開發(fā)出一種具有生物相容性的無細胞毒性聚氨酯丙烯酸酯低聚物——U-FINE LD-301，它可以用于3D打印特定的病人器官模型，且打印模型的視覺效果十分逼真。

憑借這款新的低聚物，AGC公司已成功設(shè)計出一種不使用增塑劑而具有低存儲模量的材料。因此，"U-FINE LD-301 "可以作為無細胞毒性的立體光刻（SLA）或數(shù)字光處理（DLP）3D打印樹脂的基礎(chǔ)，不易出現(xiàn)尺寸不穩(wěn)定或出血問題。

在實踐中，AGC公司預計其可拉伸的新材料將在醫(yī)學界中被采用，作為3D打印無限貼近真實、針對病人的解剖模型的一種手段，具有廣泛的臨床培訓應用價值。

AGC公司的產(chǎn)品開發(fā)工程師NikhilMishra解釋說："我們專門為器官建模設(shè)計了這種材料，，那么，它的哪些特性適合這種應用呢？它具有生物相容性，通過了ISO-10993:5認證。它還具有較低的儲存模量、玻璃轉(zhuǎn)化溫度和收縮率。"

△用U-FINE LD-301 3D打印的原型解剖模型和晶格部件。圖片來自AGC公司

一種新的SLA/DLP樹脂基礎(chǔ)材料

盡管在醫(yī)學界，針對病人的臨床模型的增材制造絕非聞所未聞，而且有大量的使用案例支持，但這個過程仍然有其挑戰(zhàn)。為了提高其柔軟度，許多樹脂添加了增塑劑，這會影響其生物相容性和尺寸穩(wěn)定性。

為了解決這些問題，AGC公司提出了一種新的材料配方，通過關(guān)注彈性模量、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 (Tg)、收縮率和粘度，成功實現(xiàn)了不含增塑劑的配方。

△顯示U-FINE LD-301的典型特征的圖表。圖片來自AGC公司。

由于每個器官的彈性模量不同，AGC公司選擇專注于開發(fā)一種具有可調(diào)整硬度的材料。例如，像腎臟、心臟和腸子這樣的軟器官，其彈性模量大約為10~40千帕。因此，為了3D打印一個精確的模型，必須要有一種能夠創(chuàng)建良好的層間連接并提供高尺寸穩(wěn)定性的樹脂。

AGC公司還發(fā)現(xiàn)，最大限度地減少樹脂收縮和粘度對確保打印精度至關(guān)重要，同時減少任何脆性的風險。因此，LD-301被設(shè)計為產(chǎn)生具有低粘度、剛度和儲存模量的樹脂。

△顯示U-FINE LD-301的粘彈性能的圖表。圖片來自AGC公司

針對臨床模型的3D打印

據(jù)AGC公司稱，LD-301的新穎性在于它的高分子量，以及它的單功能、低交聯(lián)性和生物相容性，這使它成為配制生物相容性DLP和SLA樹脂的理想材料。事實上，在ISO細胞毒性測試中，據(jù)說該公司材料的固化版本達到了高于70%的細胞存活率，而且發(fā)現(xiàn)它對細胞群的形成沒有明顯影響。

在斷裂伸長率方面，固化的LD-301也表現(xiàn)出380%的高伸長率。更重要的是，低聚物往往具有高粘度，但由于該材料獨特的分子結(jié)構(gòu)，它結(jié)合了單體作為稀釋劑，它具有較低的粘度，這使得它更適合作為可打印樹脂的基礎(chǔ)。

AGC公司稱，這些特性意味著這種低聚物是創(chuàng)造樹脂的理想材料，可以變成逼真的解剖模型，用于外科教育和規(guī)劃。由于該材料已顯示出抵抗反復壓縮和恢復其初始形狀的能力，相信LD-301也可用于鞋墊，盡管它主要是作為醫(yī)療建模工具進行銷售。

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△由U-FINE LD-301制成的測試樹脂的特性。圖片來自AGC公司