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作為玉米和可生物降解的塑料,PLA幾乎可用于每臺桌面3D打印機(jī),隨著技術(shù)的發(fā)展,已被研究用于其潛在的工業(yè)應(yīng)用。該材料特別期望代替其它塑料,如ABS,因?yàn)樗鼈兺ǔ槭突⑶覍Νh(huán)境有害。
隨著研究可追溯到2008年,Alan Lau教授及其研究團(tuán)隊(duì)一直在研究如何使PLA用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。現(xiàn)在在斯溫本科技大學(xué),Alan Lau教授透露,他們已經(jīng)準(zhǔn)備好在生物體內(nèi)測試添加有蠶絲的PLA復(fù)合材料。在這個(gè)階段之后,設(shè)計(jì)的PLA復(fù)合材料可以達(dá)到臨床試驗(yàn),可以將其用作人類替代醫(yī)用植入物。
有毒塑料和金屬的替代品
用于將骨折固定在身體上的醫(yī)療植入物通常由金屬(即不銹鋼或鈦)或高強(qiáng)度塑料(如PEEK)制成。雖然這些植入物具有骨修復(fù)中所需的結(jié)構(gòu)完整性,但其主要缺點(diǎn)是植入物必須在患者生命的后期被去除。去除結(jié)構(gòu)物不僅要再做一次手術(shù)而且可能使骨骼脆弱,并且還通過隨后的手術(shù)給患者帶來更多的風(fēng)險(xiǎn)。
PLA比較不具有鋼和PEEK等材料的結(jié)構(gòu)完整性。 然而,它是逐漸吸收到身體,使材料成為更有吸引力的替代品。 所以Alan Lau教授的研究一直在研究如何提高這種材料的強(qiáng)度。
自然界中最強(qiáng)的纖維之一
蠶絲是自然界中最強(qiáng)的纖維之一。 由連接絲心蛋白的三角形橫截面形成,該材料在其結(jié)構(gòu)內(nèi)形成氫鍵,這是其強(qiáng)度的秘密。
在Alan Lau教授的研究中,將絲纖維作為結(jié)構(gòu)加固添加到PLA中。
真絲纖維(白色/淺灰色)顯示在蠶絲PLA材料的SEM圖像中
在第九屆國際先進(jìn)材料加工和加工國際研討會(huì)上發(fā)表的研究結(jié)果中,加入絲線證明可以提高材料的楊氏模量。開始時(shí),PLA的GPa(壓力單位,千兆帕斯卡爾)為3.21。當(dāng)添加絲線時(shí),這增加了27%,達(dá)到4.08GPa,使剛度更符合尼龍或MDF的性能,但仍保持生物降解性。
用3D打印蠶絲加強(qiáng)骨骼
在現(xiàn)任Swinburne理工大學(xué)的應(yīng)用中,Alan Lau教授的團(tuán)隊(duì)正在致力于從蠶絲PLA復(fù)合材料中制造手術(shù)針腳和籠子。談到Research Impact雜志時(shí),Lau還設(shè)想使用3D打印和掃描技術(shù)在材料中制造定制植入物。他說:“現(xiàn)階段我們?nèi)〉昧撕艽蟮某删停€有很長的路要走?!?span>
佛羅里達(dá)大學(xué)和韓國的研究也一直在研究蠶絲在3D打印材料中的應(yīng)用。相比之下,在CWRU石墨烯納米管已經(jīng)被添加到PLA,另一個(gè)嘗試使材料更強(qiáng)大的醫(yī)療應(yīng)用。
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