Лазерные технологии быстрого прототипирования для изготовления индивидуальных имплантов и матриц для тканевой инженерии

ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ БЫСТРОГО ПРОТОТИПИРОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ИМПЛАНТОВ И МАТРИЦ ДЛЯ

ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ

В.К. Попов, E.H. Антонов, В.Н. Баграташвили, A.B. Евсеев, В Л. Панченко Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН, г.Троицк, Московской области, ул. Пионерская 2, 142190, Россия. E-mail: popov, laser, ru

Abstract. In this paper we present the results of our development of advanced Laser Stereolithography (LS) technique and novel Surface Selective Laser Sintering (SSLS) methodology for fabrication of custom-designed implants and scaffolds for tissue engineering.

Технологии быстрого прототипирования (БП) все более интенсивно используются сегодня для решения различных биомедицинских задач - от разработки трехмерных биомоделей до изготовления индивидуальных имплантов и матриц для тканевой инженерии [1]. В настоящем докладе представлены результаты работ по развитию новых подходов в технологиях лазерной стереолитографии (ЛС) и селективного лазерного спекания (СЛС) для этих целей.

Идея использования ЛС для синтеза новых композитных матриц и имплантов основана на разработанном нами процессе фотополимеризации жидкой смеси полифункциональных акриловых мономеров с порошком гидроксиапатита [2]. С помощью этого метода был изготовлен целый ряд различных образцов, свойства которых после их обработки в сверхкритической двуокиси углерода (удалявшей токсичные примеси и обеспечивавшей формирование требуемой микропористой структуры) были изучены различными физико-химическими и биологическими (in vitro и in vivo) методами [3].

Нами был предложен и развит новый метод Поверхно-Селективного Лазерного Спекания (ПСЛС), в котором (в отличие от традиционного СЛС, основанного на объемном поглощении полимерным порошком излучения СО2 лазера с длиной волны A.=10.6|im), происходит сплавление его частиц за счет поглощения лазерного излучения ближнего ИК диапазона (Я,=0.97цт) небольшим (<0.1 вес%) количеством микрочастиц углерода, равномерно распределенных по поверхности полимера [4]. ПСЛС позволяет избежать перегрева внутренних областей полимерных частиц за счет деликатного расплава только их поверхности. Данный метод был успешно пременен нами для изготовления индивидуальных матриц из термически неустойчивых биорезорбируемых полимеров (таких как, полилактиды и их сополимеры) без сколь-нибудь видимых их структурных и химических изменений. Более того, этот подход дает возможность осуществлять спекание полимерных частиц, содержащих биоактивные энзимы (например, рибонуклеаза и каталаза), сохраняя при этом их высокую активность [5].

Разработанные нами методы позволяют проводить оперативное изготовление как биостабильных, так и биорезорбируемыех минерал-полимерных индивидуальных имплантов и матриц для тканевой инженерии на основе CAD/CAM данных.

Данная работа выполнялась при финансовой поддержке РФФИ (грант № 04-02-16933), Фонда поддержки ведущих научных школ РФ (грант НШ-1633. 2002.2) и британского фонда The Wellcome Trust (грант № 073913).

1. D.W. Hutmacher, Biomaterials 2000, 21, 2529.

2. E.N. Antonov, et al., Optical Technique 1998,13, 55.

3. V.K. Popov, et al., J. Materials Science: Materials in Medicine, 2004,15, 123.

4. V.K.Popov, et al., Proc. MRS Fall Meeting 2003, Boston, USA, EXS-1, F5.4.1.

5. E.N. Antonov, et al, Advanced Materials, 2005,17, 327.