增材制造金屬骨植入體在表面改性方面的最新進展

來源：AMF增材制造前沿

表面改性技術對于提高骨-植入體界面的力學性能和生物相容性至關重要。通過粉末床熔融等增材制造（AM）技術，不銹鋼、鈦和可降解合金等金屬生物材料，可用于制造適合顱面、軀干和四肢骨重建的植入體。后續(xù)的噴砂、化學處理常用于改善植入體的表面特性，而功能性涂層和微納結構不僅提升了植入體與骨組織的機械和生物相互作用，還有助于控制藥物釋放和增強抗菌性能。

研究難點或瓶頸
主要難點包括如何有效消除AM過程中產(chǎn)生的固有缺陷，例如未熔融的粉末、微裂紋和較高的表面粗糙度。涂層方面該如何確保均勻性和長期穩(wěn)定性，以及如何在不犧牲力學性能的情況下實現(xiàn)涂層與金屬基底的強結合。此外，可降解金屬的增材制造如何通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)得到較好的效果，降解速率與骨組織愈合速率的匹配。

展望
表面改性技術與AM技術的結合，對于提高植入物的生物相容性、骨整合潛力和抗感染能力至關重要。常見的表面改性策略包括機械和化學干預，以及激光表面處理和溶膠-凝膠涂層等先進方法。然而，涂層的長期穩(wěn)定性和均勻性是挑戰(zhàn)，影響植入物的有效性和生物相容性。未來研究應開發(fā)新的涂層材料和應用技術，在個性化醫(yī)療背景下以確保長期穩(wěn)定性和均勻性。新興的激光技術在創(chuàng)造微米和納米級表面紋理方面的應用，能夠顯著影響細胞行為，增強骨整合和抗感染能力。隨著對植入物材料、表面特性和生物反應之間相互作用的深入理解，表面工程在優(yōu)化AM骨植入物性能方面的作用日益重要。

引用論文
Jianhui Li, Haitao Fan, Hui Li, Licheng Hua, Jianke Du, Yong He, Yuan Jin. Recent Advancements in the Surface Modification of Additively Manufactured Metallic Bone Implants. Additive Manufacturing Frontiers, Volume 4, Issue 1, 2025, 200195.

https://doi.org/10.1016/j.amf.2025.200195.

文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S295043172500005X



關于團隊

賀永（通信作者），浙江大學求是特聘教授，國家杰出青年科學基金獲得者，流體動力基礎件與機電系統(tǒng)全國重點實驗室副主任，Bio-Design Manufacturing 期刊副主編、Biofabrication期刊編委。從事增材制造(3D打印)、生物制造等方面的研究工作，主持杰青、重點、優(yōu)青、聯(lián)合基金重點等國家自然科學基金6項，出版生物3D打印專著2本，授權發(fā)明專利50余件。在Science Translational Medicine, Nature Reviews Bioengineering, Nature communications，Science Advances等期發(fā)表SCI論文100余篇，H因子66，論文被引1.3萬余次。擔任中國生物材料學會先進制造分會副主任委員，中國機械工程學會生物制造分會常務委員，創(chuàng)建EFL品牌(Engineering for life)，致力于醫(yī)工交叉研究及成果轉化。

金育安（共同通信作者），寧波大學教授，博士生導師，長期致力于3D打印多功能結構與器件的研究。以第一作者或通訊作者身份發(fā)表SCI/EI收錄論文38篇，其中包括18篇TOP期刊論文，以及2篇ESI高被引/熱點論文，論文總引用次數(shù)已達2500余次，H指數(shù)為26。主持國家自然科學基金項目2項、浙江省自然科學基金項目2項及寧波市青年科技領軍人才項目，已授權國家發(fā)明專利19項。

團隊研究方向
3D 打印多功能結構與器件

近年團隊發(fā)表文章
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[2] Yanru Mu, Yuan Jin*, et al. Mechanical performance of interpenetrating phase composites with multi-sheet lattice structures. International Journal of Mechanical Sciences, 2024, 276: 109369.

[3] Jianhui Li, Yong He*, Yuan Jin*,et al. Bone implants with triply periodic minimal surface architectures: design, fabrication, and biological performance, Bio-Design and Manufacturing, 2024.

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[5] Weiwei Wang, Yuan Jin*, et al. A novel tubular structure with negative Poisson's ratio based on gyroid-type triply periodic minimal surfaces, Virtual and physical prototyping, 2023(18):e2203701.