陶瓷3D打印制備骨植入物的應(yīng)用前景

來源： 武漢三維陶瓷 3DCERAM

據(jù)研究表明，生物活性陶瓷與人體骨元素更為接近，能在特定生理?xiàng)l件下釋放生物活性成分并與天然骨發(fā)生生化反應(yīng)。其中，羥基磷灰石（HA）和磷酸三鈣（β-TCP）因與天然骨成分高度一致被認(rèn)為是一種合適的修復(fù)材料，這在骨科移植手術(shù)中具有重要意義，已在相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛研究和臨床應(yīng)用。傳統(tǒng)方法制備的生物陶瓷多孔支架存在孔徑和孔隙率不均勻等問題，而 3D 打印可實(shí)現(xiàn)高度定制化的支架形狀，近年來在生物材料制備中引起廣泛關(guān)注。

武漢三維陶瓷科技有限公司也積極參與此方面研究，2022年與武漢理工大學(xué)戴紅蓮教授一同參與了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃相關(guān)內(nèi)容，為多材料陶瓷構(gòu)件設(shè)計(jì)制造提供科學(xué)支持，促進(jìn)高端陶瓷增材制造裝備的創(chuàng)新發(fā)展與轉(zhuǎn)型升級(jí)。戴紅蓮教授團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化打印工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用SLA陶瓷打印技術(shù)開發(fā)出了具有高強(qiáng)度和優(yōu)異生物學(xué)性能的大尺寸HA復(fù)合支架。報(bào)道研究了激光功率、光斑間距和掃描速率對(duì)HA漿料固化行為的影響，通過 SLA 制造了不同體積比的致密外殼 / 多孔核心結(jié)構(gòu)以滿足承重部位的高機(jī)械強(qiáng)度要求，并基于建模算法探索了不同微通道結(jié)構(gòu)單元對(duì)血管化的影響�？傊�，通過優(yōu)化工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用 SLA 陶瓷打印技術(shù)開發(fā)出了具有高強(qiáng)度和優(yōu)異生物學(xué)性能的HA復(fù)合支架。

全文詳見：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.12.010

同年西安交通大學(xué)賀西京團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一項(xiàng)研究，相比較傳統(tǒng)的方法生產(chǎn)出的陶瓷生物支架可控性等方面較差，發(fā)現(xiàn)使用3D打印技術(shù)（3DCeram C900 3D打印機(jī)）生產(chǎn)的生物支架可控性較高。該項(xiàng)研究使用的是一種常見的生物陶瓷——β- 磷酸三鈣（β-TCP），其具有與人體骨骼相似的無機(jī)成分；其研究中，采用立體光刻技術(shù)（SLA）生產(chǎn)β-TCP生物陶瓷，并以ZrO₂、Al₂O₃、Ti6Al4V 和聚醚醚酮（PEEK）作為對(duì)照。研究結(jié)果顯示在 β-TCP 的制造過程中，未發(fā)現(xiàn)明顯的雜質(zhì)物質(zhì)和溶血毒性。β-TCP 上的細(xì)胞形態(tài)良好，其增殖能力與 Ti6Al4V 相似，高于其他材料。β-TCP 上的細(xì)胞 ALP 水平高于 PEEK。β-TCP上的礦化程度明顯更高。β-TCP 上成骨相關(guān)基因的表達(dá)與Ti6Al4V 相似，高于其他材料。結(jié)論表明通過立體光刻技術(shù)（SLA）生產(chǎn)的 β-TCP 無毒、精度高、骨整合能力優(yōu)異，是骨植入的良好選擇。

全文詳見https://doi.org/10.1515/biol-2022-0530

現(xiàn)如今骨移植是全球僅次于輸血的第二大手術(shù)，這表明人們對(duì)骨的潛在治療選擇寄予越來越高的期望，3D打印是使用陶瓷及其復(fù)合材料創(chuàng)建定制骨植入物的最先進(jìn)制造技術(shù)之一。開發(fā)能夠精確重現(xiàn)骨骼機(jī)械性能和其他生物學(xué)功能的骨支架仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)，在迎接挑戰(zhàn)的路上武漢三維陶瓷科技有限公司愿與您共同前行，讓我們共同期待 3D 打印陶瓷骨植入物為醫(yī)療領(lǐng)域帶來更多的驚喜！