帶抗菌功能的3D打印多孔鈷鉻合金支架植入物

3D打印是基于材料逐層堆積原理的無模具制造方法，可成形復(fù)雜的零部件外形及內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)，通過數(shù)字化的設(shè)計(jì)手段多孔結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸、孔隙率等參數(shù)都是可以控制的。所以非常實(shí)用在醫(yī)療方面，南極熊認(rèn)為3d打印技術(shù)在醫(yī)療應(yīng)用方面會(huì)有越來越大的突破，3D打印的輕量化零部件中常會(huì)看到多孔結(jié)構(gòu)的身影，它們雖然”一身輕“，但通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同樣能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的力學(xué)性能。

3D打印多孔結(jié)構(gòu)還可以應(yīng)用在支架植入物的制造領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的實(shí)心植入物相比3D打印多孔支架有哪些優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)？劣勢(shì)通過什么樣的方法進(jìn)行彌補(bǔ)？

華中科技大學(xué)研發(fā)的3D打印多孔支架是一種顳下頜關(guān)節(jié)植入物。顳下頜關(guān)節(jié)植入物是人每天使用最多的關(guān)節(jié)之一，一旦人們受到關(guān)節(jié)強(qiáng)直、外傷、腫瘤等疾病的困擾，常常造成顳下頜關(guān)節(jié)的形態(tài)缺陷和功能喪失，說話和咀嚼吞咽功能將受到嚴(yán)重影響，給患者帶來嚴(yán)重的生理和心理創(chuàng)傷。置換人工顳下頜關(guān)節(jié)是治療這些疾病的重要方法，但由于顳下頜關(guān)節(jié)本身形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能的復(fù)雜性給其人工關(guān)節(jié)的置換手術(shù)和重建帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

華中科技通過SLM 金屬3D打印技術(shù)和鈷鉻合金(Cobalt-chromium,Co-Cr)3D打印粉末材料，制造了具有多孔結(jié)構(gòu)的個(gè)性化顳下頜關(guān)節(jié)支架植入物。該植入物由體心立方單元堆積而成，在體心立方單元中包括一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)、八個(gè)頂點(diǎn)和八根支柱，八根支柱分別從中心節(jié)點(diǎn)向八個(gè)頂點(diǎn)呈放射狀延伸。多孔支架植入物外形為類圓柱體，構(gòu)成單元的支柱直徑為200μm，孔隙率86％。

那么，將支架植入物設(shè)計(jì)為多孔結(jié)構(gòu)是出于什么樣的原因呢？3D科學(xué)谷了解到，鈷鉻合金材料的耐磨性能優(yōu)于鈦合金，但是用鈷鉻合金材料制造的傳統(tǒng)實(shí)心植入物由于模量過高，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力遮蔽效應(yīng)，這將造成植入物在植入后的遠(yuǎn)期出現(xiàn)松動(dòng)，而通過多孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能使植入物達(dá)到與人骨所匹配的彈性模量。

除此以外，多孔支架植入物主要是通過插入骨髓腔讓周圍骨長(zhǎng)入孔隙和/或輔助以固位釘來實(shí)現(xiàn)固定，這種設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)實(shí)心的植入物相比表面積顯著增加，更有利于骨長(zhǎng)入。然而表面積的增加也會(huì)產(chǎn)生容易發(fā)生術(shù)后感染這樣的弊端，唯有解決這樣的弊端才能使鈷鉻合金多孔支架植入物有望在大面積骨缺損修復(fù)領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

華中科技大學(xué)的所采用的方法是運(yùn)用改良的電沉積方法在SLM成形的多孔支架內(nèi)外表面進(jìn)行厚度均勻且連續(xù)完整的構(gòu)建出絲素蛋白和慶大霉素復(fù)合超薄涂層，涂層的結(jié)合強(qiáng)度可以滿足手術(shù)需要，防止剝脫。

這種抗菌涂層及電沉積方法適用于3D打印鈷鉻合金多孔支架等具有內(nèi)部復(fù)雜孔隙的植入物表面改性，制備方法不受基體材料大小和形狀限制，而且涂層溶質(zhì)可以進(jìn)入多孔支架的內(nèi)部，使得在多孔支架內(nèi)部表面構(gòu)建涂層成為可能，有助于改善多孔假體易術(shù)后感染的缺點(diǎn)，達(dá)到進(jìn)一步提高3D打印多孔支架植入物應(yīng)用范圍的目的。

參考專利：
一種具有抗菌功能涂層的3D打印多孔支架及其制備方法
Implant with patient-specific porous structure
Laser-produced porous structure

來源：3d科學(xué)谷
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