Un novu studiu trova chì l'impianti medichi di titaniu sò assai efficaci

Prucessu di titaniu di stampa 3D

In cunfrontu cù u prucessu tradiziunale, i vantaghji di a tecnulugia di stampa 3D per a fabricazione di figure di implanti chirurgici persunalizati sò principarmenti riflessi in: stampa 3D caratteristiche di furmazione libera ponu persunalizà rapidamente è accuratamente l'impianto internu, pò superà a forma di figura di l'implante universale tradiziunale hè incompatibile cù u corpu umanu è e so proprietà meccaniche ùn sò micca à i prublemi standard; In a fabricazione di strutture cumplessi è prudutti difficiuli di trasfurmà, i microstrutture persunalizati, soprattuttu porosi attraversu strutture, ponu micca solu scuntrà proprietà fisiche è chimiche specifiche, ma ancu rinfurzà a biohistocompatibilità.

Questa seria di vantaghji pò superà in modu efficace i prublemi cumuni di schermatura di stress è bassa attività biologica di implants. Attualmente, e leghe di titaniu di stampa 3D più cumuni è largamente usate sò a tecnulugia SLM è a tecnulugia EBM.

Selective Laser Melting (SLM) usa u laser cum'è una fonte di calore per irradià selettivamente materiali in polvere pre-disposti per ottene una furmazione di fusione rapida. U principiu di travagliu principale hè chì sottu à l'ambiente di prutezzione di gas inerte, l'instrumentu è l'equipaggiu cuntrollanu u fasciu laser secondu u percorsu di scansione di riempimentu generatu da u modu di cuncepimentu di u sistema per selezziunà è fonde ogni stratu di polvera.

Allora a piattaforma hè mossa, u polu hè stallatu novu è a sinterizzazione hè ripetuta finu à chì a forma sana hè furmata. A prutezzione di gas inerte impedisce à u metale di reagisce cù altri gasi à alte temperature. Tecnulugia SLM hè assai larga gamma di materiali furmendu, salvezza di materiale è riciclabili, ùn hè micca bisognu di cuncepisce è priparà sistema di sustegnu cumplessu, sta seria di vantaghji facenu a tecnulugia SLM hè di più è più largamente usata.

Tuttavia, SLM hà dinù qualchi inconvenienti: a causa di lu putiri laser limitatu è scanning galvanometer deflection Angle, a gamma taglia di parti preparatu da SLM sarà limitata; I laser d'alta putenza è l'equipaggiu otticu d'alta qualità sò caru per a fabricazione, chì aumenta a carica economica in una certa misura. A causa di l'usu di materiali in polvere in a tecnulugia SLM, a qualità di a superficia di e parti stampate pò esse problematica, chì esige un prucessu secundariu di u pruduttu per esse usatu per u travagliu sussegwente; I difetti di sferoidizazione è di deformazione ponu ancu accade in u prucessu di trasfurmazioni, chì richiede un passu ulteriore per ottimisà strettamente a prucedura di trasfurmazione. A fusione di u fasciu di elettroni, l'EBM hè un prucessu chì usa u fasciu di elettroni cum'è fonte di calore per fonde a polvere di metallu strata per strata in un ambiente di vacuum per a fabricazione additiva.

U so principiu di funziunamentu hè: polvere pre-rivestita, deflessione di fasciu di elettroni d'alta energia dopu cuncentrazione per pruduce alta energia in a zona chjuca lucale per scansà u stratu di polvera per pruduce alta temperatura è ancu scioglie, attraversu u scanning continuu di u fasciu d'elettroni per pruduce energia trà a fusione è a solidificazione di a piscina di fusione, cunnessa in una strata metallica lineare è planare.

Dopu avè finitu a strata attuale, ripetite l'operazione di splutazioni di polveri per furmà. In u prucessu di pruduzzione, EBM adopta u veru ambiente di fusione di l'aria per assicurà l'alta forza di u materiale è evità l'ossidazione di a lega. Comparatu cù SLM, i vantaghji principali di l'EBM sò: a generazione efficiente di a putenza di u fasciu elettronicu cunsuma menu putenza, a vitezza di produzzione hè alta, cusì chì a putenza tutale attuale di tutta a macchina hè alta; A deviazione di u fasciu di l'elettroni ùn hà micca bisognu di spustà a parte di l'equipaggiu, chì migliurà ancu a velocità di scanning. U bonu ambiente termale assicura a stabilità di a forma di e parti stampate in 3D, assicura e so proprietà meccaniche statiche, risponde à i requisiti biologichi, è a polvera metallica pò ancu esse riciclata.

U statutu è u prugressu di l'implanti chirurgici stampati in 3D

Implanti chirurgici è ortesi cù stampa 3D anu una prospettiva d'applicazione promettente in u campu di l'osteologia. Avà ci sò più è piùMateriali implantari stampati in 3Dcum'è l'audizione, i membri protesi, guide di chirurgia ortopedica persunalizata, articuli artificiali, orecchie esterne artificiali, implants dentali persunalizati è altre applicazioni in trattamentu clinicu persunalizatu. Sicondu i rapporti, in u 2014, i circadori di l'Università di Pechino implantavanu successu un zitellu di 12 anni cù una spina artificiale stampata 3D persunalizata cù micro-buchi, chì era u primu casu in u mondu. In u stessu annu, i medichi è i scientisti anu adattatu una zitella di 5 anni in Scozia cù una palma protesica stampata in 3D.

U Centru di Specialità di Stomatologia di l'Hospital 411th di l'Armata di Liberazione Populare hà utilizatu cù successu a tecnulugia EBM per persunalizà è implantà un impianto di lega di titaniu mandibulare cù una simulazione altamente persunalizata di l'anatomia per un paziente di resezione hemimaxillary. Duranti l'operazione, a resezzione di a mandibula malata è a riparazione funzionale individualizata sò stati cumpletati in un tempu, è a mandibula difettu hè stata riparata individualmente è ricustruita. L'effettu postoperatoriu era satisfactoriu. Lethaus B è altri circadori anu utilizatu a tecnulugia di stampa 3D per ricustruisce i flaps d'ossu è microvascular in 20 pazienti cù resection mandibular, chì accurtò u tempu di operazione è migliurà a qualità di l'operazione, è l'effettu postoperatoriu era bonu. Nta l'ultimi anni, nutizie è ricerche simili sò emerse in un flussu infinitu, chì riflette cumplettamente e bona prospettiva di l'applicazione di a stampa 3D in u campu medico.

Da u latu di i prudutti ortopedici, i materiali di implanti chirurgici stampati in 3D si avanzanu ancu gradualmente versu a cummercializazione è a cummercializazione. In u 2007, tazze di acetabulum stampate in 3D bioprinted cù scaffolders di tissuti duri sviluppati da a cumpagnia italiana Adler Ortho è LIma-LTO anu passatu a certificazione CE. U pruduttu di Exactech hè statu appruvatu da a FDA in u 2010. In u 2009, u dispusitivu di fusione di corpu di titaniu pruduciutu da a cumpagnia americana AMT cù stampa 3D hà ancu passatu a certificazione CE di l'UE. In u 2013, u primu pruduttu di implantu di craniu bioprinted in i Stati Uniti hè statu appruvatu da a FDA, chì hè ancu a prima figura d'implante di craniu PEEK stampata in 3D persunalizata in u mondu.

In questa basa, in 2014, a Cumpagnia di l'Oxford di i Stati Uniti hà ricevutu l'appruvazioni di a FDA per a stampa 3D di i prudutti di l'ossu maxillofacial (modu 5IOK). Inoltre, hè infurmatu chì in settembre di u 2015, l'implantu umanu stampatu 3D - articulazione di l'anca artificiale sviluppata da u Terzu Hospital di Beijing Medicine è Beijing Aikang Yicheng Medical Equipment Co., LTD., Hè statu arregistratu da l'Amministrazione Statale di Food and Drug. L'articulazione di l'anca stampata in 3D hè entrata in a "fase di produzzione di massa", chì significa chì l'implanti di stampa 3D di a Cina anu ancu entratu in u stadiu di produzzione.

A tecnulugia di stampa 3D hà dimustratu un rolu sempre più impurtante in a scienza medica è l'innuvazione tecnologica, è a ricerca è l'applicazione di diverse protesi d'impianti persunalizati, membri prosthetic, implants dentali è altri aspetti sò ancu più è più estesi. Dunque, a valutazione di biosicurezza di l'impianti preparati da stu novu prucessu hà bisognu di più è più attenzione.

Ricerca nantu à a biosicurezza di u titaniu di stampa 3D

A sicurità di i materiali biomedici hè principalmente riflessa in l'interazzione trà tissuti è materiali. Per chì i materiali di metalli biomedicali per risponde à i normi di i dispositi implantati, deve esse dumandatu chì a reazione causata da l'implantazione in u corpu umanu hè à un livellu accettabile, è à u stessu tempu, ùn pò micca induce cambiamenti qualitativi in ​​a struttura è e proprietà di u materiale. L'interazzione trà u corpu umanu è u corpu umanu hè principalmente riflessa in a so biocompatibilità è a funzione biologica.

Dunque, dopu à l'implantazione in u corpu umanu, l'impiantamentu ùn deve micca pruvucà reazzioni avversi, cum'è allergii, inflammazioni è chimica in cellule umane, sangue è organi, o u rifiutu di corpi straneri umani. À u listessu tempu, hè ancu necessariu chì l'impianti chì anu da esse impiantatu per un bellu pezzu deve avè boni proprietà meccaniche statiche, vale à dì una forza abbastanza, un modulu elasticu adattatu, una alta stabilità, una bona resistenza à a corrosione è una durabilità durabile. Avà l'implantazione chirurgica di lega di titaniu hè largamente usata in a pratica clinica, è a ricerca di biocompatibilità hè ancu matura. Dunque, a sicurità di e parti di lega di titaniu in relazione à a stampa 3D si focalizeghja principalmente in a sicurità di a so funzione biomeccanica.

A ricerca nantu à s'ellu l'impiantu di metallu stampatu 3D hè paragunabile à i prudutti di l'implant generale di u prucessu tradiziunale in quantu à e proprietà meccaniche, a resistenza à a corrosione è a biocompatibilità, è se alcune di e proprietà meccaniche statiche di l'impianti di lega ponu scuntrà l'applicazione clinica è i standard naziunali hè sempre in prugressu. Hè statu truvatu chì e proprietà meccaniche statiche parziali di l'impianti di titaniu stampati in 3D ponu risponde à i bisogni clinichi. I campioni di Ti6A14V preparati da a tecnica EBM sò stati testati da una prova di trazione diretta è una prova di pressa isostatica calda. I risultati anu dimustratu chì a forza di i campioni TI6A14V superava u standard di forgiatura.

A resistenza à a corrosione di a lega Co-Cr-Mo preparata da a tecnulugia SLM hè simile à quella di a lega preparata da u prucessu tradiziunale, è a quantità di dissoluzione di ioni in l'ambiente salivariu simulatu hè menu stampa 3D cà quella di a lega di prucessu tradiziunale. U pruduttu Ti6A14V preparatu da a tecnulugia DMLS hè stata trovata da a cumpagnia EOS per avè e stesse proprietà meccaniche statiche è resistenza à a fatigue cum'è a forgiatura tradiziunale attraversu un post-processamentu raghjone. U dispusitivu di fusione di vertebre in lega di titaniu poroso preparatu da EBM hè statu implantatu in u corpu di capra è hà ottinutu boni risultati in u mudellu di fusione cervica di pecuri. L'interfaccia d'ossu-materiale era megliu cà u dispusitivu di fusione PEEK.

Clinicamente, u modulu elasticu è altre proprietà meccaniche di a lega di titaniu ùn currispondenu micca à e proprietà di l'ossu umanu, chì portanu à u fenomenu di "protezione di stress" in u tessulu osseo perifericu di l'implante è causanu l'osteoporosi, risultatu in l'absorzione di l'osse, alluntamentu è perdita di l'implant è fallimentu. Per riduce stu prublema cù l'impianti di titaniu, l'impianti di struttura porosa sò entrati in l'ochji di i circadori. Avà, i studii anu dimustratu chì a stampa 3D pò aghjustà a microstruttura di l'impianti cù alta precisione per cambià u so modulu elasticu è e proprietà meccaniche, in modu di cuncordà cù u tissutu di l'ossu umanu è migliurà ancu e funzioni biomeccaniche nantu à a basa di assicurà a carica fisiologica adatta.

A struttura cuntrullata di u corpu Ti6AI4V hè stata fabbricata da a tecnulugia di furmazione EBM, è a struttura di u vacu internu hè stata trovata per esse coherente cù u disignu teoricu sottu microscopia elettronica à scanning, chì hà ottinutu u cuntrollu precisu di EBM nantu à a struttura di i prudutti stampati 3D. Per mezu di a prova di prestazione meccanica, a forza di compressione currispondente hè 163MPa è u modulu elasticu hè 14MPa à 60,1% di porosità di poru, chì hè vicinu à l'ossu umanu. A cultura cellulare in vitro hà ancu mostratu una bona cumpatibilità cellulare.

I scaffolds porosi sò stati preparati da a tecnulugia EBM per ottimisazione di i paràmetri di cuncepimentu, è e so proprietà meccaniche sò state evaluate. Hè stata truvata chì a biomeccanica di i materiali porosi disignati hà avutu un altu gradu di superiorità in a simulazione di a cumpatibilità di fasi è a cuncordanza di l'implantazione. Trè tipi di titaniu poroso cù 300gm, 600gm è 900~tm preparati da SLM sò stati impiantati in a tibia di cunigliu per investigà l'effettu di a proporzione di pori nantu à a crescita di l'osse. I risultati anu dimustratu chì u tessulu di l'osse cù una struttura porosa di 600 ~ m hà avutu una più longa è biocompatibilità.

Da u puntu di vista di a crescita di l'osse, un scaffold cù porosità è apertura regulabile serà più favurevule à a trasmissione è a trasmissione di nutrienti in u corpu umanu, è pò ancu prumove a capacità di crescita di l'osse, aumentà a cumminazione di implanti è letti d'osse, è allargà a vita di serviziu di a protesi, in modu di ottene effetti medichi megliu cà a struttura solida di lega di titaniu. Nta l'ultimi anni, a lega di titaniu multi-buchi passu per passu hè cunsiderata cum'è u più ideale clinicu novu materiali di riparazione di tissuti duri è rimpiazzamentu, è l'applicazione di implanti di lega di titaniu stampata in 3D cù diverse strutture microscòpiche o attraversu strutture hà ancu apertu un novu campu.