Stereolitografialla tulostettujen materiaalien uuttuvat ja haihtuvat yhdisteet
3D-tulostamisen suosio on viime vuosikymmenen aikana noussut. 3D-tulostus antaa tuotekehitykselle nopean ja kustannustehokkaan työkalun, jolla luoda prototyyppejä kehitysprosessia varten. Materiaalivalikoiman kasvaessa on markkinoilla nykyään bioyhteensopivia vaihtoehtoja. Näiden materiaalien turvallisuutta on kyseenalaistettu, mutta materiaalien haitallisia yhdisteitä ei ole juuri tutkittu.
Stereolitografialla tulostettavat bioyhteensopivat materiaalit ovat tarkoitettu käytettäväksi pitkäaikaiseen iho tai lyhytaikaiseen limakalvokontaktiin. Tämä tarkoittaa sitä, että materiaalit olisi tarkoitettu käytettäväksi lääkinnällisissä laitteissa. Lääkinnälliset laitteet kuitenkin valmistetaan niin, että ne ovat kontaktissa useiden eri materiaalien kanssa. Osa näistä materiaaleista voi olla suunniteltu suojelemaan itse tuotetta tai toimimaan osana laitetta lääkeaineen kuljettamiseksi. Nämä materiaalit ovat usein muoveja, jotka tarjoavat hyvän suojan, mutta on kuitenkin mahdollista, että näistä materiaaleista irtoaa haitallisia yhdisteitä tuotteeseen. Näitä yhdisteitä kutsutaan uuttuviksi ja haihtuviksi yhdisteiksi. Tuotteiden uuttuvat ja haihtuvat yhdisteet ovat jatkuvassa tutkinnassa, sillä ne saattavat reagoida muiden yhdisteiden, kuten lääkinnällisten aineiden kanssa aiheuttaen stabilointiongelmia tai heikentäen lääkkeen tehoa. (Thermoscientific 2024.)
Mikä on stereolitografia ja mitä hyötyä siitä on?
Stereolitografia on 3D-tulostusmenetelmä, jossa käytetään UV-kovetettavia hartseja tulostettujen kappaleiden luomiseksi. Menetelmässä hartsien sisältämät fotoinitiaattorit aloittavat fotopolymerisaatio reaktion hajoamalla radikaaleiksi UV-valon vaikutuksen alaisina. Tästä syntyy ketjureaktio, joka tuottaa polymeeriverkoston, josta kerros kerrallaan muodostuu yhtenäinen tulostettu kappale. Stereolitografia tarjoaa kustannustehokkaan ja toistettavan tavan tuottaa pieniä osia nopeasti. Tämä on hyödyllistä erityisesti tuotekehityksen kannalta, jossa uusia prototyyppejä pyritään testailemaan nopealla tahdilla. Tulostimen työstäessä kappaleita myös työntekijän aikaa säästyy ja pieniäkin muokkauksia on helppo testata prototyypeillä uusien prototyyppien tilaamisen sijaan esimerkiksi ruiskuvalamalla.
Tulostettujen osien jälkikäsittely
Stereolitografialla tulostettavat osat täytyy jälkikäsitellä, sillä niiden pintaan jää reagoimatonta nestemäistä hartsia. Tästä syystä jälkikäsittelyn vaiheisiin stereolitografialla kuuluu isopropanolipesu, kuivaus ja jälkikovetus. Stereolitografialla tulostettujen kappaleiden toksisuutta on tutkittu ja tutkimuksissa on todettu, että tulostetuissa kappaleissa on toksisia yhdisteitä. Esimerkiksi seeprakaloille tehdyssä tutkimuksessa niiden alkioita altistettiin stereolitografialla tulostetuille kappaleille. Osa kappaleista oli jälkikovetettuja, kun taas toiset eivät. Tulokseksi saatiin, että jälkikovetettujen kappaleille altistetut seeprakalojen alkiot selviytyivät todennäköisemmin kuin jälkikovettamattomille kappaleille altistetut alkiot. (Oskui ym. 2016.) Tämä esimerkki on yksi osoitus siitä, minkä takia jälkikäsittelyn parametrejä kannattaa tutkia. Opinnäytetyössä selvitettiin, kuinka paljon jälkikäsittelyllä voidaan vaikuttaa lopullisen kappaleen uuttuvien ja haihtuvien aineiden määrään.
Tulokset
Tulosten saamiseksi jälkikäsiteltyjä kappaleita ja niiden pesussa käytettyä isopropanolia tutkittiin kromatografisin menetelmin. Lisäksi kappaleille määritettiin murtolujuus ja venymä murtumispisteessä vetolaiteen avulla. Tutkittujen materiaalien joukosta selkeästi bioyhteensopivaksi ilmoitettu BioMed Amber® osoittautui puhtaimmaksi ja kestävimmäksi materiaaliksi. Tämä oli odotettavissa, mutta tuloksista on nähtävissä, että puhtaimmasta kappaleestakin uuttuu haitallisia fotoinitiaattorin hajoamistuotteita. Määrät ovat huomattavasti pienempiä kuin kahdessa muussa materiaaleista, mutta silti hälyttävän korkeita. On siis selvää, että jälkikäsittely vaatii lisää tutkimusta, mikäli materiaaleja halutaan käyttää lääkinnällisissä laitteissa.
Lähteet
Nuhi, S. 2024. Jälkikäsittelyn vaikutus stereolitografialla tulostettujen lääkinnällisissä laitteissa käytettyjen kappaleiden haihtuviin ja uuttuviin aineisiin – Theseus, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.
Formlabs 2024. Desktop 3D Printer Designed for Healthcare. Viitattu 31.5.2024.
https://formlabs.com/asia/3d-printers/form-3b/
Oskui, S. M. ym. 2016. Accessing and Reducing the Toxicity of 3D-Printed Parts. Envinromental Science & Technology Letters, Vol 3, No 1, sivut 1-6.
Thermoscientific, 2024. Analytical solutions for challenges in headspace GC-MS analysis of volatile extractable and leachable compounds. Viitattu 31.5.2024.
https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/CMD/Application-Notes/an-10704-gc-ms-headspace-extractables-leachables-an10704-en.pdf