Разработка пористых матриц-носителей с использованием метода поверхностного селективного лазерного спекания

Методом монолитизации полимерных порошков в ск-СО, могут быть сформированы матрицы с параметрами, удовлетворяющими основным требованиям, предъявляемым при нейротрансплантации. Однако при изготовлении матриц сложной формы могут возникать технические проблемы, связанные с оперативным изготовлением соответствующих пресс-форм. Для изготовления изделий со сложной архитектурой в настоящее время широко используются методы быстрого прототипирования, послойного формирования трехмерных структур по компьютерным моделям. Использование этих методов для изготовления медицинских имплантатов с точно заданной формой, соответствующей форме устраняемого дефекта, позволяет сократить время и, соответственно, риски при проведении хирургических операций. Поэтому наряду с СКФ-технологиями для формирования матричных полимерных структур может быть применен метод ПСЛС.

Селективное лазерное спекание имеет существенное ограничение по применению в биомедицине ввиду больших температурных градиентов внутри спекаемого слоя порошка, что может приводить к термодеструкции полимера и образованию токсичных компонентов. Для устранения указанных ограничений была разработана схема ПСЛС. В этой схеме используется лазерный источник, излучение которого не поглощается частицами полимера, а в порошок полимера добавляется сенсибилизатор, наночастицы углерода, которые располагаются на поверхности частиц полимера. При такой схеме спекание может происходить при плавлении только поверхностных слоев частиц без изменения состояния их внутренних областей. Схема ПСЛС позволяет существенно уменьшить температурные градиенты внутри материала и позволяет снять имеющиеся ограничения на применение селективного лазерного спекания для формирования биосовместимых полимерных матриксов для тканевой инженерии.

Для формирования матриц методом ПСЛС могут использоваться те же полимеры, что и при изготовлении матричных структур с использованием сверхкритических флюидных технологий — PCL, PLA и др. Аналогично методу СКФ-вспенивания исходные полимеры размалывались в ротационной мельнице с использованием для охлаждения сухого льда. Обычно используется фракция полимера с размером частиц от 100 до 200 мкм. Для спекания частиц полимера методом ПСЛС полученные порошки смешиваются с сенсибилизатором, например с наночастицами углерода, количество которых варьируется от 0,1 до 0,5%.

Образцы матриц изготавливаются с использованием источника непрерывного излучения, например, может быть применен одномодовый волоконный лазер с длиной волны излучения 1,06 мкм и мощностью до 10 Вт (НТО «ИРЭ-Полюс», РФ). Сфокусированное лазерное излучение сканируется по поверхности слоя порошка. Типичные матрицы, полученные методом ПСЛС, представлены на рис. 5.

Ячеистая структура в сформированных ПСЛС матрицах является аналогом пористой структуры. Она задается при конструировании компьютерной модели, на основе которой изготавливаются полимерные структуры, и может составлять от 20 до 80%. Методом ПСЛС могут спекаться как плотные, так и пористые полимерные частицы. В процессе спекания материал частиц полностью или частично плавится, а исходный пористый материал становится более плотным. Соответственно, происходит усадка материала. Управлять пористостью матрицы в этом случае можно путем формирования ячеистой структуры. Она задается при конструировании исходной компьютерной модели, а также в процессе изготовления путем изменения ширины и толщины спекаемого трека. В качестве примера приведены микрофотографии пористых матриц, сформированных методом поверхностного селективного лазерного спекания (рис. 6).

Очевидным преимуществом метода ПСЛС является быстрота формирования матрицы и возможность использования обычных биодеградируемых полимеров без их дальнейшей модификации. Помимо этого полученные материалы обладают значительными механическими характеристиками, а также развитой структурой пор. Одним из недостатков таких матриц является наличие в структуре сенсибилизатора, меняющего цвет скаффолда.