注意！最新醫(yī)用3D打印材料進(jìn)展都在這里

《3D打印世界》訊/3D打印解剖模型、導(dǎo)板和植入物將成為未來病人治療尤其是復(fù)雜手術(shù)中不可或缺的一部分。根據(jù)美國消費(fèi)者技術(shù)協(xié)會（CTA）和物流巨頭聯(lián)合包裹服務(wù)（UPS）公司聯(lián)手發(fā)布的一份報告，2020年3D打印市場預(yù)計將增長到210億美元，而醫(yī)療設(shè)備將在這個增長的市場中占15%的份額。有趣的是，近日美國食品和藥物管理局（FDA）發(fā)布了針對3D打印醫(yī)療設(shè)備的準(zhǔn)則草案，也就意味著3D打印將作為醫(yī)療的一種主流技術(shù)的進(jìn)程已經(jīng)在加速，其中最最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)便是所用材料是否具有生物相容性以及是否可以通過相關(guān)認(rèn)證許可，近期《3D打印世界》發(fā)現(xiàn)在這方面已經(jīng)有了一些新的進(jìn)展。

guidel!ne：通過FDA認(rèn)證的高強(qiáng)度醫(yī)用3D打印線材

guidel!ne 是由3D打印線材制造商Taulman3D開發(fā)出一款最新線材，已經(jīng)通過FDA和ISO 10993等級認(rèn)證，十分適合用來制造具有生物相容的3D打印醫(yī)療服務(wù)產(chǎn)品，包括手術(shù)工具和植入物。

這是一種基于PETG的材料，具有透明、高強(qiáng)度的特性。其獨(dú)特的熱分布使得它的高溫打印性能優(yōu)異，在進(jìn)行高溫打印的時候不會發(fā)生變形，能保持良好的打印效果，使用guidel!ne可以輕易地打印出防水部件和空心管。

另外，因其能承受更高的打印溫度，所以可以有效地作為醫(yī)用級尼龍的支撐材料，它能提供足夠的粘附力形成機(jī)械支撐，同時也很容易去除。

guidel!ne線材的規(guī)格如下：

拉伸強(qiáng)度：6850psi（高于他們最強(qiáng)的TECH-G）

斷裂伸長率：5.9，有281469psi的模量

熱變形溫度：70

軟化溫度：100C

打印溫度：250C

DentalSG：用于牙科的具有生物相容性的3D打印樹脂

Dental SG是由知名光固化（SLA）桌面型3D打印機(jī)制造商Formlabs近期推出的首款生物相容性樹脂，專用于牙科。

Dental SG已經(jīng)經(jīng)過1類材料認(rèn)證，牙醫(yī)可以使用DentalSG和該公司的Form 2 3D打印機(jī)打印定制化的手術(shù)導(dǎo)板、培訓(xùn)模型、漂白托盤、牙架、矯正器等。

通常，醫(yī)用3D打印常常要求工業(yè)級的設(shè)備，這對大多數(shù)的牙科實驗室和診所來說價格和運(yùn)營成本難以承受，F(xiàn)ormlabs推出的光固化桌面3D打印機(jī)以及通過認(rèn)證的樹脂材料使得他們在自己的試驗臺上就打印出自己所需的工具。

可吸收生物陶瓷材料可用于骨骼修復(fù)

這是由歐洲的一個研究項目RESTORATION開發(fā)出的可吸收生物陶瓷材料，可用于三種不同的應(yīng)用：下頜骨、脊椎和膝蓋。這材料可以模擬骨骼結(jié)構(gòu)，而且可以通過設(shè)計并3D打印出詳細(xì)匹配植入部位的機(jī)械要求的植入物。此外，一些陶瓷還具有生物活性，這意味著它們可以被人體充分吸收。

目前，由于已經(jīng)獲得了最終的成果，該項目現(xiàn)在即將結(jié)束。但是一些合作伙伴將利用其成果，在未來幾年內(nèi)向市場推出新的技術(shù)。通過進(jìn)一步的開發(fā)，JRI Orthopaedics可能會在該項目已開發(fā)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的研發(fā)，創(chuàng)造出一些副產(chǎn)品，比如可以用做骨填充的生物陶瓷，和一個用于治療骨骼軟骨缺損的3D打印插頭等。

據(jù)了解，這種使用“功能梯度生物陶瓷復(fù)合材料”3D打印的插頭（如上圖所示），是專門針對膝關(guān)節(jié)的，可以提供關(guān)節(jié)炎的早期干預(yù)。外科醫(yī)生只需要一個微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)，該插頭即可匹配患者骨骼的力學(xué)性能，提供即時的穩(wěn)定性，而且可以通過細(xì)胞、蛋白、生長因子和藥物強(qiáng)化。

與此同時，該項目的其它合作伙伴包括Sagetis Biotech開發(fā)出一種聚合物漿料，而Bionica Tech/COREP開發(fā)的則是一種被稱為Spine-Ghost的骨誘導(dǎo)復(fù)合水泥，這兩種材料都可以用于修復(fù)斷裂的椎骨。此外還有一些技術(shù)尚在發(fā)展的早期階段，需要做進(jìn)一步的研究來達(dá)到商業(yè)化。比如一種全新的頜面骨折固定板的設(shè)計，以及可以用于軟骨修復(fù)的可注射材料等。

生物玻璃：替代軟骨的3D打印應(yīng)用

倫敦帝國學(xué)院（Imperial College London）和Milano-Bicocca大學(xué)的研究人員們已經(jīng)開發(fā)出一種生物玻璃材料可以模擬真正軟骨組織的減震和承重性。它可以通過特定的配方來表現(xiàn)出不同的特性。

科學(xué)家們希望能夠用它來開發(fā)植入物以取代椎骨之間受損的軟骨盤。軟骨是位于關(guān)節(jié)和脊椎之間的一種柔軟的締結(jié)組織，這種組織受到損傷之后很難修復(fù)�？茖W(xué)家們相信，它也有可能刺激軟骨的細(xì)胞生長，這在以前是不可能通過傳統(tǒng)的方式實現(xiàn)的。

據(jù)了解，這種生物玻璃是由硅和一種叫做聚己內(nèi)酯的聚合物組成的。它能夠表現(xiàn)出類似軟骨的屬性，包括柔軟、強(qiáng)韌、耐久而具彈性。它可以通過一種可生物降解的墨水形式生成，使得研究人員可以將其3D打印成某種特定的結(jié)構(gòu)以促進(jìn)軟骨細(xì)胞在關(guān)節(jié)內(nèi)的形成和生長。

可優(yōu)化3D打印骨骼的材料配方

約翰·霍普金斯大學(xué)的研究人員4月18日在線發(fā)表在《ACS Biomaterials Science & Engineering》雜志上的一篇論文，論文稱，每年都會有大約20萬人因為出生缺陷、創(chuàng)傷或手術(shù)原因需要更換頭部或者臉部的骨骼。迄今為止，最好的治療方案是從病人不承擔(dān)身體重量的腓骨上取下一段骨頭，然后把它切成所需的形狀然后植入正確的位置。但是該校醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系副教授Warren Grayson博士認(rèn)為，這種方法不僅會造成腿部創(chuàng)傷，而且由于腓骨相對比較直，難以跟臉部的曲線擬合得特別好。

為此，Grayson和他的團(tuán)隊希望找到一種復(fù)合材料來3D打印骨骼支架，這種材料要能夠?qū)⑺芰系膹?qiáng)度和可打印性與天然骨里存在的生物“信息”結(jié)合起來。最終科學(xué)家將聚己內(nèi)酯（PCL）——一種可降解聚酯與骨粉混合在一起，這種骨粉是將牛膝蓋骨內(nèi)部的多孔骨骼剝離細(xì)胞之后粉碎制成的，結(jié)果表明，骨粉含量為30%和70%的混合物表現(xiàn)出色。

為了研究該支架是否能夠刺激骨骼形成，研究人員通過吸脂術(shù)為支架添加人類脂肪源性干細(xì)胞，并將支架浸在缺乏親骨成分的營養(yǎng)培養(yǎng)基中。三周之后，在含有70%粉骨的支架上的細(xì)胞的基因活性比純PCL支架上生長的細(xì)胞高出幾百倍，而在含有30%的骨粉的支架上的細(xì)胞的基因活性也很高。

雖然"脫細(xì)胞"的牛骨已經(jīng)被FDA批準(zhǔn)可用于臨床使用，研究人員們說，在今后的研究中，他們希望能測試人類骨粉，因為后者的臨床應(yīng)用更為廣泛。

研究人員使用鈦鉭合金改進(jìn)3D打印植入物的應(yīng)力吸收

由于其出色的物理性能和抗感染性，鈦合金是制造諸如膝關(guān)節(jié)/髖關(guān)節(jié)植入物這樣的骨科裝置的首要選擇。日前，來自新加坡科技研究局（A*STAR）的一個研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)使用具有有趣屬性的鈦、鉭粉末可以3D打印出具有更好的應(yīng)力吸收能力的定制植入物。

理論上說，鈦、鉭元素組成的合金是絕對沒有問題的，因為這兩種金屬都擁有生物相容性，而且其機(jī)械屬性要優(yōu)于純鈦。但是鉭金屬的熔點(diǎn)非常高（超過3000攝氏度），這就意味著將鈦金屬變成可用于SLM技術(shù)的球形金屬粉末在經(jīng)濟(jì)上基本不可行。而市場上常見的鉭粉通常是通過氣體霧化形成的長條形粗糙微粒。

為了克服這一問題，研究團(tuán)隊將這種粗糙的鉭金屬粉與另外一種市場上現(xiàn)成的微球形鈦金屬粉末混合在一起。在將這兩種材料混合半天之后，他們觀察到這種混合物可以鋪設(shè)得更加均勻，更便于SLM技術(shù)使用。顯微鏡實驗揭示在混合之后鈦金屬的球形形狀仍然保留，這是該混合物可成功用于3D打印的關(guān)鍵。

研究人員預(yù)計，這種鈦鉭合金將能夠減輕“應(yīng)力遮擋”效應(yīng)，所謂的“應(yīng)力遮擋”效應(yīng)是指植入物的硬度過高導(dǎo)致其鄰近的骨骼得不到足夠的力學(xué)刺激而導(dǎo)致骨質(zhì)疏松的現(xiàn)象。

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