Hàng triệu người bệnh trên thế giới hào hứng có lại được khả năng vận động từ những chế phẩm y tế thay thế khớp hông và đầu gối, hầu như không ai biết rằng, những vật liệu được sử dụng trong các mô cấy về cơ bản vẫn giữ nguyên từ những năm 1960.

Vật liệu khởi điểm được thiết kế và phát triển cho chương trình tên lửa và không gianMỹ, titan bền, chống ăn mòn và nhẹ, nhưng không đặc biệt phù hợp với xương và mô con người, thường xảy ra tình huống cấy ghép thất bại.

Công nghệ in 3D đang thay đổi nhanh chóng những phương pháp thiết kế vật liệu, cho phép phát triển những vật liệu, có thể đáp ứng tốt hơn nhu cầu xã hội trong những ngành quan trọng như y sinh và hàng không vũ trụ, đồng thời hồi sinh ngành chế tạo vật liệu ở Mỹ, theo một bài báo mới được công bố trên tạp chí Vật liệu Ngày nay .

Một nhóm nhà khoa học, dẫn đầu là GS Amit Bandyopadhyay thuộc Trường Kỹ thuật Cơ khí và Vật liệu Mỹ đưa ra lộ trình phát triển cho lý thuyết và ngành công nghiệp sử dụng in 3D (được gọi là sản xuất phụ gia) để thiết kế các hợp kim mới, vật liệu được tạo thành từ 2 hoặc nhiều nguyên tố kim loại.

GS Bandyopadhyay cho biết, sử dụng in 3D có thể thiết kế lại những hợp kim cấy ghép với những mục đích cụ thể. Trong thập kỷ tới, nhiều loại hợp kim mới sẽ được thiết kế, sử dụng công nghệ in 3D. Công nghệ in 3D không chỉ là một nền tảng để tạo hình mà còn là một nền tảng tạo ra các tác phẩm mới cho các ứng dụng cụ thể, thân thiện với con người."

Trong trường hợp cấy ghép khớp hông và đầu gối, các nhà khoa học trong nhiều năm phải thêm các lớp phủ nhằm tăng cường khả năng tương thích. Những ca phẫu thuật thay khớp háng và đầu gối thường phải đối mặt với tình trạng nhiễm trùng trên mô cấy khi vi khuẩn tìm thấy vị trí tốt để phát triển. Các ngành công nghiệp thường hạn chế tái thiết kế vật liệu do chi phí cao.

Thực tế chữa trị đỏi hỏi các nhà khoa học phải thiết kế lại những chế phẩm hợp kim y tế phù hợp với người bệnh, có khả năng tương thích tốt hơn và có khả năng kháng khuẩn.

Theo GS Susmita Bose của Trường Kỹ thuật Cơ khí và Vật liệu, đồng tác giả nghiên cứu, sử dụng công nghệ in 3d thể tạo cấu trúc theo yêu cầu, không chỉ kiểm soát hóa học hoặc thành phần vật liệu mà còn tạo ra những chức năng mong muốn với chi phí thấp, thời gian hạn chế và quy mô sản xuất nhỏ.

Khi phát triển các vật liệu mới, nhà sản xuất phải hiểu rõ mục tiêu đặt ra trong phát triển một sản phẩm cụ thể, với những yêu cầu chính xác về cấu trúc thiết kế và những chức năng yêu cầu. GS Bandyopadhyay nói, công nghệ nền tảng in 3D cung cấp rất nhiều khả năng có thể hiện thực hóa. Các nhà khoa học có thể tải 16 nguyên tố khác nhau, chế tạo vật liệu và có được một triệu sản phẩm khác nhau. Yêu cầu then chốt vẫn là cần phải biết chính xác mục đích chế tạo vật liệu.

Tìm ra công thức thành công cho một hợp kim theo yêu cầu đòi hỏi phải được thử nghiệm trong những quy trình sản xuất thông thường nhằm đảm bảo vật liệu thu được trong sản xuất đáp ứng nhu cầu và được các cơ quan chuyên ngành thẩm định và xác nhận.

Mặc dù còn rất nhiều thách thức trong nghiên cứu và thử nghiệm, công nghệ in 3D đang dần thay đổi mô hình sản xuất các sản phẩm y tế ở Mỹ. Công nghệ in 3D được sử dụng để in những bộ phận cấy ghép, thiết kế cụ thể cho nhu cầu chữa trị. Mỹ trở thành quốc gia đi đầu trong lĩnh vực sản xuất các chế phẩm y tế in 3D.