Nuwe studie vind titanium mediese inplantings hoogs doeltreffend
3D-druk titanium proses
In vergelyking met die tradisionele proses, word die voordele van 3D-druktegnologie om gepersonaliseerde chirurgiese inplantaatfigure te vervaardig hoofsaaklik weerspieël in: 3D-drukvryvormende eienskappe kan die interne inplanting vinnig en akkuraat aanpas, kan die tradisionele universele inplantingsfiguur oorkom, is onversoenbaar met die menslike liggaam en sy meganiese eienskappe is nie op standaardprobleme nie; In die vervaardiging van komplekse strukture en moeilik verwerkbare produkte kan persoonlike mikrostrukture, veral poreus deur strukture, nie net aan spesifieke fisiese en chemiese eienskappe voldoen nie, maar ook biohistoversoenbaarheid verbeter.
Hierdie reeks voordele kan die algemene probleme van stresbeskerming en lae biologiese aktiwiteit van inplantings effektief oorkom. Op die oomblik is die mees gebruikte en algemeen gebruikte 3D-druk-titaniumlegerings SLM-tegnologie en EBM-tegnologie.
Selektiewe lasersmelting (SLM) gebruik laser as 'n hittebron om voorafgelegde poeiermateriaal selektief te bestraal om vinnige smeltvorming te verkry. Die belangrikste werkbeginsel is dat onder die inerte gasbeskermingsomgewing die instrument en toerusting die laserstraal beheer volgens die vulskanderingspad wat deur die stelselontwerpmodus gegenereer word om elke laag poeier te kies en te smelt.
Dan word die platform af geskuif, poeier word weer gelê en sintering word herhaal totdat die hele vorm gevorm is. Die inerte gasbeskerming verhoed dat die metaal by hoë temperature met ander gasse reageer. SLM tegnologie is 'n baie wye verskeidenheid van die vorming van materiale, materiaal besparing en herwinbare, hoef nie te ontwerp en voor te berei komplekse ondersteuning stelsel, hierdie reeks van voordele maak SLM tegnologie is meer en meer algemeen gebruik word.
SLM het egter ook 'n paar nadele: as gevolg van die beperkte laserkrag en skandeergalvanometer-afbuigingshoek, sal die groottereeks van onderdele wat deur SLM voorberei word, beperk wees; Hoëkraglasers en optiese toerusting van hoë gehalte is duur om te vervaardig, wat die ekonomiese las tot 'n mate verhoog. As gevolg van die gebruik van poeiermateriaal in SLM-tegnologie, kan die oppervlakkwaliteit van die gevormde dele problematies wees, wat sekondêre verwerking van die produk vereis om vir daaropvolgende werk gebruik te word; Sferoïdisering en vervormingsdefekte kan ook in die verwerkingsproses voorkom, wat 'n verdere stap vereis om die verwerkingsprosedure streng te optimaliseer Elektronstraalsmelting, EBM is 'n proses wat elektronstraal as hittebron gebruik om metaalpoeier laag vir laag in vakuumomgewing te smelt vir additiewe vervaardiging.
Die werkbeginsel daarvan is: voorafbedekte poeier, hoë-energie elektronstraaldefleksie na fokus om hoë energie in die plaaslike klein area te produseer om die poeierlaag te skandeer om hoë temperatuur te produseer en selfs te smelt, deur die elektronstraal deurlopende skandering om energie te produseer tussen die smeltpoel samesmelting en stolling, verbind in 'n lineêre en planêre metaallaag.
Nadat u die huidige laag voltooi het, herhaal die poeierlê-operasie om te vorm. In die produksieproses neem EBM die ware lugsmeltomgewing aan om die hoë sterkte van die materiaal te verseker en die oksidasie van die legering te vermy. In vergelyking met SLM, is die belangrikste voordele van EBM: die doeltreffende generering van elektronstraalkrag verbruik minder krag, die produksiespoed is hoog, sodat die werklike totale krag van die hele masjien hoog is; Die afbuiging van die elektronstraal hoef nie die toerustingdeel te beweeg nie, wat die skanderingspoed verder verbeter. Die goeie termiese omgewing verseker die vormstabiliteit van 3D-gedrukte dele, verseker sy statiese meganiese eienskappe, voldoen aan biologiese vereistes, en die metaalpoeier kan ook herwin word.
Die status en vordering van 3D-gedrukte chirurgiese inplantings
Chirurgiese inplantings en ortotika met 3D-drukwerk het 'n belowende toepassingsvooruitsig op die gebied van osteologie. Nou is daar meer en meer3D-gedrukte inplantaatmateriaalsoos gehoor-Vigs, prostetiese ledemate, persoonlike ortopediese chirurgie gidse, kunsmatige gewrigte, kunsmatige buite-ore, persoonlike tandheelkundige inplantings en ander toepassings in kliniese persoonlike behandeling. Volgens berigte het navorsers aan die Universiteit van Peking in 2014 'n 12-jarige seun suksesvol ingeplant met 'n persoonlike 3D-gedrukte kunsmatige ruggraat met mikrogate, wat die eerste geval in die wêreld was. In dieselfde jaar het dokters en wetenskaplikes 'n 5-jarige meisie in Skotland toegerus met 'n 3D-gedrukte prostetiese palm.
Die Stomatologie Spesialiteitsentrum van die 411ste Hospitaal van die People's Liberation Army het EBM-tegnologie suksesvol gebruik om 'n mandibulêre titaniumlegering-inplanting met hoogs persoonlike simulasie van anatomie vir 'n hemimaxillêre reseksiepasiënt aan te pas en in te plant. Tydens die operasie is die reseksie van die siek mandibel en geïndividualiseerde funksionele herstel in een keer voltooi, en die defekte mandibel is individueel herstel en gerekonstrueer. Die postoperatiewe effek was bevredigend. Lethaus B en ander navorsers het 3D-druktegnologie gebruik om been- en mikrovaskulêre flappe in 20 pasiënte met mandibulêre reseksie te rekonstrueer, wat die operasietyd verkort en die operasiegehalte verbeter het, en die postoperatiewe effek was goed. In onlangse jare het soortgelyke nuus en navorsing in 'n eindelose stroom na vore gekom, wat die goeie toepassingsvooruitsigte van 3D-drukwerk in die mediese veld ten volle weerspieël.
Aan die kant van ortopediese produkte beweeg 3D-gedrukte chirurgiese inplantingsmateriaal ook geleidelik na kommersialisering en bemarking. In 2007 het biogedrukte 3D-gedrukte acetabulum-koppies met hardeweefselsteiers wat deur die Italiaanse maatskappy Adler Ortho en LIma-LTO ontwikkel is, CE-sertifisering geslaag. Exactech se produk is in 2010 deur die FDA goedgekeur. In 2009 het die geheel-titanium-liggaamsamesmeltingstoestel wat deur die Amerikaanse AMT-maatskappy met 3D-drukwerk vervaardig is, ook die EU CE-sertifisering geslaag. In 2013 is die eerste biogedrukte skedelinplantingsproduk in die Verenigde State deur die FDA goedgekeur, wat ook die wêreld se eerste persoonlike 3D-gedrukte PEEK-skedelinplantingsfiguur is.
Op hierdie basis het die Verenigde State Oxford Company in 2014 FDA-goedkeuring ontvang vir 3D-druk van kaakbeenprodukte (5IOK-modus). Daarbenewens word berig dat die 3D-gedrukte menslike inplanting - kunsmatige heupgewrig wat ontwikkel is deur die Derde Hospitaal van Beijing Medicine en Beijing Aikang Yicheng Medical Equipment Co., LTD., in September 2015 deur die Staat se Voedsel- en Geneesmiddeladministrasie geregistreer is. Die 3D-gedrukte heupgewrig het die "massaproduksiestadium" betree, wat beteken dat China se 3D-drukinplantings ook in die stadium van produksie betree het.
3D-druktegnologie het 'n toenemend belangrike rol in mediese wetenskap en tegnologie-innovasie getoon, en die navorsing en toepassing van verskeie gepersonaliseerde inplantingprosteses, prostetiese ledemate, tandheelkundige inplantings en ander aspekte is ook meer en meer omvattend. Dus, die bioveiligheidsevaluering van inplantings wat deur hierdie nuwe proses voorberei is, benodig meer en meer aandag.
Navorsing oor bioveiligheid van 3D-druktitanium
Die veiligheid van biomediese materiale word hoofsaaklik weerspieël in die interaksie tussen weefsels en materiale. Ten einde biomediese metaalmateriaal aan die standaarde van ingeplante toestelle te voldoen, moet dit vereis word dat die reaksie wat veroorsaak word deur inplanting in die menslike liggaam op 'n aanvaarbare vlak is, en terselfdertyd kan dit nie kwalitatiewe veranderinge in die struktuur en eienskappe van die materiaal veroorsaak nie. Die interaksie tussen menslike liggaam en menslike liggaam word hoofsaaklik weerspieël in die bioversoenbaarheid en biologiese funksie daarvan.
Daarom, na inplanting in menslike liggaam, moet die inplanting nie nadelige reaksies soos allergie, inflammasie en chemie in menslike selle, bloed en organe, of die verwerping van menslike vreemde liggame veroorsaak nie. Terselfdertyd word ook vereis dat die inplantings wat vir 'n lang tyd ingeplant moet word, goeie statiese meganiese eienskappe moet hê, dit wil sê voldoende sterkte, toepaslike elastiese modulus, hoë stabiliteit, goeie korrosiebestandheid en duursame duursaamheid. Nou word die chirurgiese inplanting van titaniumlegering wyd in die kliniese praktyk gebruik, en die bioversoenbaarheidsnavorsing is ook volwasse. Daarom fokus die veiligheid van titaniumlegeringsonderdele wat met 3D-drukwerk verband hou hoofsaaklik op die veiligheid van die biomeganiese funksie daarvan.
Die navorsing oor of die 3D-gedrukte metaalinplantaat vergelykbaar is met die algemene inplantingsprodukte van die tradisionele proses in terme van meganiese eienskappe, korrosiebestandheid en bioversoenbaarheid, en of sommige van die statiese meganiese eienskappe van die allooi-inplantaat aan die kliniese toepassing en nasionale standaarde kan voldoen, is nog aan die gang. Daar is gevind dat die gedeeltelike statiese meganiese eienskappe van 3D-gedrukte titanium-inplantings aan kliniese behoeftes kan voldoen. Ti6A14V monsters voorberei deur EBM tegniek is getoets deur direkte trektoets en warm isostatiese pers toets. Die resultate het getoon dat die sterkte van TI6A14V monsters die smeestandaard oorskry het.
Die korrosiebestandheid van die Co-Cr-Mo-legering wat deur die SLM-tegnologie voorberei is, is soortgelyk aan dié van die legering wat deur die tradisionele proses voorberei is, en die hoeveelheid ioonoplossing in die gesimuleerde speekselomgewing is minder 3D-drukwerk as dié van die tradisionele proseslegering. Die Ti6A14V-produk wat deur DMLS-tegnologie voorberei is, is deur EOS-maatskappy gevind om dieselfde statiese meganiese eienskappe en vermoeiingsweerstand te hê as die tradisionele smee deur redelike naverwerking. Die poreuse titanium legering werwels samesmeltingstoestel wat deur EBM voorberei is, is in boklyf ingeplant en het goeie resultate behaal in die servikale samesmeltingsmodel van skape. Die been-materiaal-koppelvlak was beter as PEEK-fusietoestel.
Klinies stem die elastiese modulus en ander meganiese eienskappe van titaniumlegering nie ooreen met die eienskappe van menslike been nie, wat sal lei tot die verskynsel van "stres-afskerming" in die perifere beenweefsel van die inplantaat en osteoporose veroorsaak, wat lei tot beenabsorpsie, loslating en verlies van die inplanting en mislukking. Om hierdie probleem met titanium-inplantings te verminder, het poreuse struktuur-inplantings die oë van navorsers betree. Nou het studies getoon dat 3D-drukwerk die mikrostruktuur van inplantings met hoë presisie kan aanpas om hul elastiese modulus en meganiese eienskappe te verander, om so met menslike beenweefsel te pas en biomeganiese funksies verder te verbeter op grond van die versekering van toepaslike fisiologiese las.
Die beheerde struktuur van Ti6AI4V-liggaam is deur EBM-vormingstegnologie vervaardig, en daar is gevind dat die interne leemtestruktuur ooreenstem met die teoretiese ontwerp onder skandeerelektronmikroskopie, wat die akkurate beheer van EBM op die struktuur van 3D-gedrukte produkte verkry het. Deur die meganiese werkverrigtingstoets is die ooreenstemmende druksterkte 163MPa en die elastiese modulus 14MPa by 60.1% poreusheid, wat naby aan die menslike been is. In vitro selkultuur het ook goeie selversoenbaarheid getoon.
Die poreuse steiers is deur EBM-tegnologie voorberei deur middel van optimering van ontwerpparameters, en hul meganiese eienskappe is geëvalueer. Daar is gevind dat die biomeganika van die ontwerpte poreuse materiale 'n hoë mate van meerderwaardigheid in die simulasie van die faseversoenbaarheid en inplantingspassing gehad het. Drie soorte poreuse titanium met 300gm, 600gm en 900~tm wat deur SLM voorberei is, is in konyntibia ingeplant om die effek van porieverhouding op beengroei te ondersoek. Die resultate het getoon dat die beenweefsel met 600~m poreuse struktuur beter lengte en bioversoenbaarheid gehad het.
Uit die oogpunt van beengroei, sal 'n steier met verstelbare porositeit en opening meer bevorderlik wees vir die oordrag en oordrag van voedingstowwe in die menslike liggaam, en kan ook die vermoë van beengroei bevorder, die kombinasie van inplantings en beenbeddings verhoog, en die dienslewe van die prostese verleng, om sodoende beter mediese effekte te verkry, alles as 'n vaste struktuur titanium. In onlangse jare word meergat-titaniumlegering stap vir stap as die mees ideale kliniese nuwe hardeweefselherstel- en vervangingsmateriaal beskou, en die toepassing van 3D-gedrukte titaniumlegeringsinplantings met verskeie mikroskopiese strukture of deur strukture het ook 'n nuwe veld geopen.