升華三維PEP技術(shù)在生物陶瓷人工骨制備的應(yīng)用

自體骨被譽為骨缺損修復(fù)的“黃金標準”，但自體骨由于數(shù)量稀缺、多次手術(shù)、形狀難以控制等因素，限制了其在骨缺損修復(fù)中的應(yīng)用，而異體骨又面臨著免疫排斥的巨大風險，人工骨無疑成了較為理想的替代品�？捎米魅斯す堑牟牧习�括金屬、高分子、陶瓷等，金屬骨在人體內(nèi)經(jīng)過長期腐蝕后析出的金屬離子，給人體的神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)帶來嚴重危害，高分子人工骨力學性能較低，易產(chǎn)生的應(yīng)力松弛和蠕變問題，讓人們把目光轉(zhuǎn)向了生物陶瓷人工骨。

生物陶瓷人工骨材料特點及傳統(tǒng)制備的難點

生物陶瓷憑借優(yōu)異的生物相容性廣受關(guān)注。是繼金屬人工骨之后，較為理想的人工骨缺損修復(fù)材料。生物陶瓷材料可以分為三大類；以氧化鋁、氧化鋯為代表的生物惰性陶瓷，以生物活性玻璃、羥基磷灰石為代表的生物活性陶瓷，以磷酸三鈣為代表的生物可降解陶瓷。不同的生物陶瓷有著各自的特點，如氧化鋁陶瓷硬度高，氧化鋯陶瓷韌性大，羥基磷灰石的化學成分與人體骨骼無機部分高度相似等。但陶瓷都有著一個共同的劣勢—脆性大，導(dǎo)致其在傳統(tǒng)加工技術(shù)中成本高，難以成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)體。

△傳統(tǒng)人工骨加工

人工骨的傳統(tǒng)制備方法有造孔劑法、注模法、發(fā)泡法等。然而自然骨不僅外觀形態(tài)非常不規(guī)則，人與人之間的自然骨也存在著個體化差異，而且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，不同部位的密度不一。使用傳統(tǒng)加工方法難以加工出內(nèi)部的微孔洞結(jié)構(gòu),產(chǎn)品不一定能滿足個體化患者的需求。因而想要讓人工骨在結(jié)構(gòu)上模仿自然骨，是極具挑戰(zhàn)的。

3D打印生物陶瓷人工骨的優(yōu)勢

3D打印生物陶瓷人工骨是近年來研究的熱點,最核心的技術(shù)優(yōu)勢在于“仿生”。3D打印技術(shù)理論上能實現(xiàn)任意形狀的骨結(jié)構(gòu)，與患者的骨缺損部位相符合。為人工骨的個性化、定制化、一體化復(fù)雜結(jié)構(gòu)體制備提供了可能，能滿足生物醫(yī)療領(lǐng)域個體化治療的需求。并且通過3D打印的建模及拓撲優(yōu)化，在保證良好的力學性能的同時，有效地控制其內(nèi)部微孔洞結(jié)構(gòu)的數(shù)量、大小及分布,打印出具有與人體骨組織相似的相互連通的微孔洞結(jié)構(gòu)，為細胞、纖維等新生骨組織的長入提供生長空間,加快骨修復(fù)過程。

△3D打印骨結(jié)構(gòu)

PEP技術(shù)在生物陶瓷人工骨制備的應(yīng)用

作為國內(nèi)領(lǐng)先的金屬/陶瓷間接3D打印整體解決方案供應(yīng)商——升華三維利用基于自主研發(fā)的粉末擠出3D打印技術(shù)（PEP）的3D打印設(shè)備，實現(xiàn)了具有高強度、高度有序性、孔分布及孔結(jié)構(gòu)高度可控的生物陶瓷人工骨打印。

生物相容性

在生物陶瓷3D打印中使用的陶瓷材料是最接近骨骼的合成材料羥基磷灰石、磷酸三鈣等。具有良好的生物相容性、無刺激性、無排異作用。它們在醫(yī)學領(lǐng)域因其骨導(dǎo)特性和患者身體排斥的風險最小而廣為人知。

無痛精度

憑借陶瓷3D打印技術(shù)的定制化能力，外科醫(yī)生能夠根據(jù)患者的骨缺損形態(tài)定制骨組織部件和植入物。由于減少了機械加工，避免了額外的痛苦手術(shù)，因此可以預(yù)見到3D打印可以減少手術(shù)的復(fù)雜性，并且改善了植入物的生物學反應(yīng)并降低成本。

△生物陶瓷植入體（樣品來源：升華三維）

獨特孔隙率

升華三維3D打印設(shè)備可以控制生物陶瓷人工骨微孔洞的位置和幾何形狀，制件的抗壓強度和孔徑要求滿足作為植入體的要求。三維多孔結(jié)構(gòu)促進成骨細胞的粘附與增殖，允許組織液、細胞、生長因子進入材料內(nèi)部，有利于新骨組織的長入，產(chǎn)品孔徑均勻，互相連通。

△多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計（樣品來源：升華三維）

隨著制造科學、材料科學、力學、生命科學和再生醫(yī)學等多學科的交叉融合，增材制造生物陶瓷人工骨將會憑借著它獨特的優(yōu)勢迎來臨床應(yīng)用的曙光。升華三維不僅實現(xiàn)了生物陶瓷的制備和應(yīng)用，還支持從不銹鋼、銅及銅合金、鎢及鎢合金、鈦及鈦合金、高溫合金、硬質(zhì)合金難熔金屬等金屬材料，到氧化鋯、氧化鋁、氮化硅、碳化硅等特種陶瓷材料的打印，為3D打印大規(guī)模進入應(yīng)用市場創(chuàng)造有利的客觀條件。