Ceramic biomedical หรือ Biocompatible ceramics คือ วัสดุที่ใช้ทางการแพทย์ ที่เรารู้จักกันหรือคุ้นชินในชื่อ “bioceramics” เป็นผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเซรามิกชนิดต่างๆ ผสมกับสารประกอบออกซิเจนและแร่ธาตุ เช่น ไฮดรอกซีแอปาไทต์ (Hydroxyapatite) ซิลิกาออกไซด์ (Silica Oxide) และอลูมิเนียมออกไซด์ (Aluminum Oxide) เป็นต้น ในส่วนของกระบวนการขึ้นรูปก็มีหลายวิธี ส่วนเทคโนโลยี Ceramic 3D Printing เป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีที่น่าสนใจ และให้ผลลัพธ์ได้อย่างเหมาะสม
Bioceramics ได้รับการเสนอเพื่อใช้ในการรักษาผู้ป่วยโรคมะเร็ง โดยวิธีการรักษาจะใช้สองวิธีร่วมกัน ซึ่งได้รับการเสนอให้ใช้ hyperthermia และรังสีบำบัด การรักษาด้วย hyperthermia เกี่ยวข้องกับการปลูกฝังวัสดุ bioceramic ที่มีเฟอร์ไรต์หรือวัสดุแม่เหล็กอื่นๆ จากนั้นพื้นที่จะถูกสัมผัสกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งทำให้รากเทียมและบริเวณโดยรอบนั้นร้อนขึ้น อีกทางเลือกหนึ่งคือวัสดุ bioceramic สามารถฝังเข้าไปในพื้นที่ที่เป็นมะเร็งได้
การใช้งานเซรามิกสำหรับงานด้านชีวการแพทย์นั้นมีเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เช่นเดียวกับจำนวนของผู้วิจัยที่กำลังศึกษาและพัฒนา โดยเฉพาะอย่างยิ่งการพัฒนาวัสดุชีวภาพให้รวมกับวัสดุอื่นๆ และส่งผลต่อปัจจัยทางชีวภาพเพื่อกระตุ้นการรักษาที่เร็วขึ้น อย่างไรก็ตามการวิจัยมีอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับ bioceramics ที่ยังคงใช้งานอยู่เป็นอย่างมาก อันที่จริงแล้วเซรามิกของ bioinert มีคุณสมบัติที่เหมาะสมในการแทนที่โลหะ เพื่อลดการรับน้ำหนักมากเกินไป
ผู้ป่วยและสัตว์ที่มีกระดูกหายไปอันเนื่องมาจากการบาดเจ็บหรือเกิดจากโรคกระดูก จำเป็นต้องใช้วัสดุทดแทนกระดูก อย่างเช่น ceramic-biomedical สำหรับการปลูกถ่ายกระดูกเพื่อแทนในส่วนที่เกิดความเสียหาย กระดูกจัดอยู่ในประเภทวัสดุเซามิกชนิดหนึ่งตามธรรมชาติ มีขนาดจำเพาะกับสรีระของมนุษย์และสัตว์ การผลิตวัสดุทดแทนกระดูกที่มีขนาด รูปร่าง และความพรุน พอดีกับกระดูกที่เสียหายนั้นสามารถใช้ความก้าวหน้าของเทคโนโลยี ด้วย 3d printer โดยเป็นเทคโนโลยีได้รับความนิยมในการสร้างโมเดลเสมือนจริงการขึ้นรูปชิ้นงานนั้นมีความเหมาะสมหลายประการสำหรับอุตสาหกรรมการแพทย์ เช่น การผลิตกระดูกเทียม การผลิตอวัยวะเทียม เนื่องจากธรรมชาติของร่างกายมนุษย์แต่ละคนไม่เหมือนกัน และต้องมีการออกแบบที่จำเฉพาะเจาะจงสำหรับแต่ละคน แขนและขาเทียมสามารถผลิตได้ตามขนาดที่พอดีสำหรับผู้ใช้งานแต่ละคน
(https://ceramics.org/ceramic-tech-today/biomaterials/dental-implants-made-cheaper-stronger-with-ceramic-polymer-blend-and-a-dose-of-vitamin-d)
การขึ้นรูป Bioceramic ด้วย 3D Printing
วัสดุ Bioceramic ทางการแพทย์
1. Hydroxyapatite (HA / HAp) และ Tricalcium Phosphates
(https://www.cellular3d.com/index.php/component/tags/tag/ceramics)
2. Zirconia (ZrO2)
เป็นวัสดุที่มีความเข้ากันได้ดีกับกระดูกและเนื้อเยื่อโดยรอบ ยังเป็นวัสดุที่มีสมบัติเชิงกลที่ดีมากในอุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิสูง การนำความร้อนเกิดได้น้อยมาก มีความแข็งและความเหนียว ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อสารเคมี, มีความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะได้อย่างดี
3. Alumina (Al2O3)
เสมือนวัสดุพื้นฐานที่มีประโยชน์ในการใช้งานหลายอย่างสำหรับเซรามิก เนื่องจากสมบัติของอะลูมินาที่มีค่าความแข็งสูง มีความหนาแน่นสูง มีความต้านทานต่อการขัดสีและสึกกร่อนสูง ทนต่อสารเคมี จึงได้รับความนิยมนำมาผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ในหลายประเภท เช่น เครื่องมือตัดแต่ง อุปกรณ์ทางการแพทย์ อวัยวะเทียม เป็นต้น
4. Alumina Toughened Zirconia (ATZ)
(https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17408)
5. Silicon nitride (Si3N4)
(https://orthospinenews.com/2019/01/03/sintx-announces-30-year-spine-fusion-data-with-silicon-nitride-implants/)
6. Silica (SiO2)
(https://www.lithoz.com/produkte/material)
เครื่อง 3d printer ที่รองรับ
3D print ceramics medical, zirconia and fused silica เช่น CERAMAKER, Admatec ADMAFLEX 130 และอื่นๆ
(https://www.aniwaa.com)
(https://www.goprint3d.co.uk)
รายละเอียดของเครื่อง
Range of materials: 3D print ceramics, zirconia and fused silica
Cutting edge technology: Integrated DLP light engine cures resins for you
Truly ceramic parts: Finished ceramics are fully dense to >99%
Fast print speeds: Print at up to 20-25mm per hour
Unique recycling system: No material wastage
Precision control in real time: Amend parameters on a layer by layer basis
Easy to use: Large touchscreen interface is user intuitive
แหล่งที่มา
– แม้น อมรสิทธิ์ และสมชัย อัครทิวา. วัสดุวิศวกรรม
– M. Bengisu. 2013. Engineering ceramics
– Gibson et al., 2014. Additive manufacturing technologies: 3D printer, rapid prototyping,and direct digital manufacturing
– Zhangwei Chen et al., 2018. 3D printer of ceramics: A review
– Ridhish Kumar et al., 2018. 3D Printer in Biomedical Applications
– Qian Yan et al., 2018. A Review of 3D Printer Technology for Medical Applications
– https://www.3dnatives.com/en/ceramic-3d-printer-market-growth
– https://3dfabprint.com/3d-printer-ceramics-how-does-this-technology-work
– https://www.sculpteo.com
– http://3dceram.com/en/materiaux-ceramique-impression-3d/
