德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)：激光鋪粉3D打印鋅鎂合金晶格結(jié)構(gòu)，用于醫(yī)療植入體

南極熊導(dǎo)讀：傳統(tǒng)的骨缺損治療如鈦植入物和自體骨移植在治療大骨缺損時(shí)存在局限性，這使得周圍的骨組織容易受到損傷。為了解決這些問(wèn)題，BioStruct項(xiàng)目正在研究一種生物可吸收的植入物，以實(shí)現(xiàn)更加友好的骨愈合方式。

△德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)開發(fā)的3D打印鋅鎂合金，PLA制成的下頜骨模型與ZnMg制成的缺陷匹配植入物相結(jié)合

2023年3月18日，南極熊獲悉，作為BioStruct項(xiàng)目的一部分，德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)正在研究一種用于晶格結(jié)構(gòu)的新型鋅鎂合金組合。他們認(rèn)為激光束粉末床熔合（PBF-LB）是唯一能夠生產(chǎn)這種結(jié)構(gòu)的工藝。

△使用PBF-LB技術(shù)制造的鋅鎂合金晶格結(jié)構(gòu)，柱子直徑為200 μm

激光束粉末床融合，患者特異性植入物的新希望？

激光束粉末床熔合為植入物開辟了新的設(shè)計(jì)選項(xiàng)，可以滿足特定患者的需求，如應(yīng)用部位的機(jī)械應(yīng)力和腐蝕行為。采用晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，根據(jù)指定要求以參數(shù)化方式創(chuàng)建晶格單元的幾何形狀和排列。生成的晶格結(jié)構(gòu)根據(jù)骨缺損的位置進(jìn)行定制，并為使用 PBF-LB技術(shù)生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。

科學(xué)家們?cè)谘芯恐型ㄟ^(guò)向鋅中添加少量鎂，實(shí)現(xiàn)了晶粒的細(xì)化和有針對(duì)性的微觀結(jié)構(gòu)調(diào)整。他們使用鋅鎂合金制造了第一個(gè)晶格結(jié)構(gòu)，作為顎骨植入物的演示，具有有效性和可重復(fù)性。演示器中使用的晶格結(jié)構(gòu)的柱子直徑為200 μm。

BioStruct項(xiàng)目的研究成果將應(yīng)用于生產(chǎn)植入物，并基于從鋅鎂合金植入物的生產(chǎn)和生物相容性中獲得的知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，設(shè)計(jì)過(guò)程也將被優(yōu)化和自動(dòng)化。

可以概括的說(shuō)，德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)正在創(chuàng)建一個(gè)特定于材料和后處理的數(shù)據(jù)庫(kù)，以及一個(gè)特定于應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)庫(kù)，以自動(dòng)將患者和生產(chǎn)相關(guān)的需求整合到設(shè)計(jì)過(guò)程中。項(xiàng)目的首要目標(biāo)是生產(chǎn)定制的、可生物吸收的植入物，以滿足患者的特定要求并允許使用更溫和的治療方法。

△代爾夫特研究人員使用多孔鐵3D打印可生物降解的骨植入物

通過(guò)3D打印技術(shù)在骨植入物方面取得進(jìn)展

代爾夫特理工大學(xué)的工程師使用基于擠出的3D打印技術(shù)，制造了多孔鐵制的可生物降解植入物，具有替代骨骼的巨大潛力。這些臨時(shí)植入物可以被身體吸收，有助于減輕長(zhǎng)期炎癥的風(fēng)險(xiǎn)，并允許設(shè)計(jì)和制造治療關(guān)鍵骨缺損的多孔結(jié)構(gòu)。

△科學(xué)家們研究出如何使用3D打印機(jī)和含有活細(xì)胞的凝膠狀材料來(lái)打印類骨結(jié)構(gòu)

同時(shí)，澳大利亞新南威爾士大學(xué)（UNSW）的研究人員創(chuàng)造出一項(xiàng)新技術(shù)，可以3D打印由活細(xì)胞組成的仿骨結(jié)構(gòu)，潛在應(yīng)用于骨組織工程、疾病建模和藥物篩選。該技術(shù)使用陶瓷基墨水，可以直接擠出到受影響區(qū)域，以促進(jìn)軟骨和骨缺損的原位重建。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)由Kristopher Kilian 副教授和UNSW化學(xué)學(xué)院的Iman Roohani博士合作發(fā)現(xiàn)，并可以在室溫下打印出充滿細(xì)胞的“骨骼”。