革命性新材料比ABS強10倍可3D打印膝關(guān)節(jié)植入物

3D打印技術(shù)正在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮著愈加重要的作用，尤其是在制造人體植入物和醫(yī)療用具方面。

3D打印植入物能夠大大改善患者的生活質(zhì)量，因此它引起了許多醫(yī)生和病人的關(guān)注。據(jù)南極熊小編的了解，近日英國Swansea大學的科學家們又開發(fā)出了一種新型材料，該材料有助于改善和加速使用3D打印膝關(guān)節(jié)植入物來替代受損軟骨。

使用這種名為Samsonium的新材料，科學家們正在謀求對3D打印技術(shù)進行更大的改進。Samsonium可用于3D打印，使用該材料3D打印的膝關(guān)節(jié)植入物具有更大的耐用性。此外，Samsonium還擁有令人印象深刻的拉伸強度，質(zhì)感光滑，并能夠抑制細菌生長，而且無毒性。

從技術(shù)上講，這是一種添加了尼龍鈦粉末的聚合物，可以兼容FDM 3D打印技術(shù)，并能夠逐步取代膠原纖維和基質(zhì)（軟骨細胞內(nèi)的），而這兩者通常會由于關(guān)節(jié)炎的侵染，需要進行更換。

這種材料是用最純凈的尼龍6/9、尼龍6和尼龍6T經(jīng)過結(jié)晶優(yōu)化處理之后，再經(jīng)過一次后處理來增加其在3D打印過程中的粘性之后生成的。

科學家們說，經(jīng)過測試，Samsonium的強度超過ABS或PLA 3D打印線材十倍。因此，這種材料實際上在其它很多領(lǐng)域都能用得上，比如太空。

“Samsonium具有優(yōu)越的性能可以勝任很多方面的應(yīng)用。我們最開始是想開發(fā)出一種專門的材料用于制造高強度低重量的衛(wèi)星部件，并將其用在一個軌道制造項目中。”負責開發(fā)這種新材料的Daniel J. Thomas博士稱，“然而，在我們確定它具有超高效的滑移性能和沖擊吸收特性之后，我們進行了重新設(shè)計，使它成為一種低成本關(guān)節(jié)炎治療材料。該材料高強度的秘密在于增加了鈦6/4，這些數(shù)以百萬計的個體粘合劑將它的強度提升了25％。”

將該材料的這些優(yōu)異性能用于醫(yī)療植入物對于研究團隊來說是一個令人振奮的突破。對于膝關(guān)節(jié)置換和植入物的研究已經(jīng)經(jīng)歷了很長一段時間，而像Samsonium這樣的材料的出現(xiàn)對于醫(yī)療界來說具有關(guān)鍵性的意義，這種材料在壓力下不會分層斷裂或脫落，能夠模仿真正的活組織。除了能夠提供更優(yōu)異的負載能力之外，這種3D打印材料也是安全的，因為它符合ECHA歐洲化學品管理局關(guān)于“REACH”的定義與要求。

“在研究中，我們制作了一個軟骨關(guān)節(jié)的植入物樣品進行測試。我們以20毫米/秒、擠出溫度250℃的條件下使用Samsonium材料3D打印出了精密的膝關(guān)節(jié)植入物樣品。”Thomas說。

“這往往比骨頭置換更困難，因為這些部件必須準確地遵循現(xiàn)有的內(nèi)部骨骼結(jié)構(gòu)和具有足夠的柔韌性來適應(yīng)非同尋常的安裝方法。它們自己必須具有足夠的強度才能保持關(guān)節(jié)不會再壓力之下錯位，而且最重要的是，它需要在長達30年或更長的時間里提供一個光滑的表面，以匹配對應(yīng)的軟骨表面。”

在制備植入物的時候，該研究團隊首先掃描病人的膝蓋，并使用Mimics軟件生成3D打印植入物。這種植入物不僅更為便宜，而且屬于量身定制。

“在一個小時之內(nèi)植入物就可以3D打印完成，其精確度能夠達到±185微米。”Thomas說，“在壓縮測試中這種新的3D打印和柔韌的植入物也會分裂、脫層，斷裂或撕裂。不過它們經(jīng)過了五次高壓滅菌程序，之后仍然沒有出現(xiàn)變形。