Жаңы изилдөө титандан жасалган медициналык имплантацияларды абдан эффективдүү деп тапты

Титанды 3D басып чыгаруу процесси

Салттуу процесс менен салыштырганда, жекелештирилген хирургиялык имплант фигураларын өндүрүүдө 3D басып чыгаруу технологиясынын артыкчылыктары негизинен төмөнкүлөрдө чагылдырылат: 3D басып чыгаруунун эркин калыптандыруу өзгөчөлүктөрү ички имплантты тез жана так ыңгайлаштыра алат, салттуу универсалдуу имплант фигурасынын формасын жеңе алат, адамдын денеси менен шайкеш келбейт жана анын механикалык касиеттери стандарттык көйгөйлөргө жооп бербейт; Татаал конструкцияларды жана иштетүүгө кыйын буюмдарды өндүрүүдө жекелештирилген микроструктуралар, өзгөчө структуралар аркылуу тешиктүү, спецификалык физикалык жана химиялык касиеттерге гана жооп бербестен, биогисто шайкештикти күчөтө алат.

Артыкчылыктардын бул сериясы импланттардын стресстен коргоочу жана төмөн биологиялык активдүүлүгүнүн жалпы көйгөйлөрүн натыйжалуу жеңе алат. Азыркы учурда, эң көп колдонулган жана кеңири колдонулган 3D басып чыгаруу титан эритмелери SLM технологиясы жана EBM технологиясы болуп саналат.

Тандалма Лазердик эритүү (SLM) тез эрүү калыптандырууга жетишүү үчүн алдын ала коюлган порошок материалдарды тандап нурлантуу үчүн жылуулук булагы катары лазерди колдонот. Негизги иштөө принциби инерттүү газдан коргоо чөйрөсүндө, прибор жана жабдуулар порошоктун ар бир катмарын тандоо жана эритүү үчүн системанын дизайн режиминде пайда болгон толтуруу сканерлөө жолуна ылайык лазер нурун башкарат.

Андан кийин платформа ылдый жылдырылып, кайрадан порошок төшөлүп, бүт форма пайда болгонго чейин агломерация кайталанат. Инерттүү газдан коргоо металлдын жогорку температурада башка газдар менен реакциясына жол бербейт. SLM технологиясы калыптандыруучу материалдардын абдан кеңири ассортименти, материалды үнөмдөө жана кайра иштетүү, комплекстүү колдоо системасын иштеп чыгуунун жана даярдоонун кажети жок, бул артыкчылыктар SLM технологиясын барган сайын кеңири колдонулат.

Бирок, SLM да кээ бир кемчиликтерге ээ: анткени чектелген лазер күчү жана сканердик galvanometer бурчу бурч, SLM тарабынан даярдалган бөлүктөрүнүн өлчөмү диапазону чектелүү болот; Жогорку кубаттуу лазерлерди жана жогорку сапаттагы оптикалык жабдууларды өндүрүү кымбатка турат, бул кандайдыр бир деңгээлде экономикалык жүктү жогорулатат. SLM технологиясында порошок материалдарды колдонуудан улам калыптанган тетиктердин беттик сапаты көйгөйлүү болушу мүмкүн, бул кийинки иштер үчүн колдонула турган продуктуну экинчилик иштетүүнү талап кылат; Кайра иштетүү процессинде сфероидизация жана бүгүлүү кемчиликтери да пайда болушу мүмкүн, бул кайра иштетүү процедурасын так оптималдаштыруу үчүн дагы бир кадамды талап кылат Электрондук нур менен эрүү, EBM кошумча өндүрүү үчүн вакуумдук чөйрөдө металл порошок катмарын катмар менен эритүү үчүн жылуулук булагы катары электрон нурун колдонгон процесс.

Анын иштөө принциби: алдын ала капталган порошок, жогорку энергиялуу электрон нурунун бурулушу, сызыктуу жана тегиздик металл катмарына туташтырылган, эритме бассейнинин биригүү жана катуулануу ортосундагы энергияны өндүрүү үчүн электрондук нурдун үзгүлтүксүз сканерлөө аркылуу порошок катмарын сканерлөө үчүн жергиликтүү чакан аймакта жогорку энергияны өндүрүүгө багытталган.

Учурдагы катмар аяктагандан кийин, пайда кылуу үчүн порошок салуу операциясын кайталаңыз. Өндүрүш процессинде EBM материалдын жогорку күчүн камсыз кылуу жана эритменин кычкылданышын болтурбоо үчүн чыныгы аба эрүү чөйрөсүн кабыл алат. SLM менен салыштырганда, EBM негизги артыкчылыктары болуп саналат: электрондук нур күчүн натыйжалуу генерациялоо бүт машинанын иш жүзүндөгү жалпы кубаттуулугу жогору, ошондуктан, азыраак электр керектейт, өндүрүш ылдамдыгы жогору; Электрондук нурдун кыйшаюусу жабдуулардын бөлүгүн жылдыруунун кереги жок, бул сканерлөө ылдамдыгын дагы жакшыртат. Жакшы жылуулук чөйрөсү 3D басып чыгарылган бөлүктөрдүн формасынын туруктуулугун камсыздайт, анын статикалык механикалык касиеттерин камсыздайт, биологиялык талаптарга жооп берет, ошондой эле металл порошокту кайра иштетүүгө болот.

3D басып чыгарылган хирургиялык импланттардын абалы жана прогресси

3D басып чыгаруу менен хирургиялык имплантаттар жана ортопедиялар остеология тармагында келечектүү колдонууга ээ. Азыр барган сайын көбөйдү3D басып чыгарылган имплант материалдармисалы, угуу СПИД, протездик буттар, жекелештирилген ортопедиялык хирургия гиддер, жасалма муундар, жасалма сырткы кулактар, жекелештирилген стоматологиялык имплантаттар жана клиникалык жекече дарылоодо башка колдонмолор. Маалыматтарга караганда, 2014-жылы Пекин университетинин изилдөөчүлөрү 12 жаштагы балага микро тешиктери бар жекелештирилген 3D басып чыгарылган жасалма омурткасын ийгиликтүү орнотушкан, бул дүйнөдө биринчи жолу болгон. Ошол эле жылы дарыгерлер жана илимпоздор Шотландияда 5 жашар кызга 3D басып чыгарылган протез алаканы орнотушкан.

Элдик боштондук армиясынын 411- госпиталынын стоматология адистик борбору гемимаксиллярдык резекциясы бар бейтап үчүн анатомиянын жогорку персоналдаштырылган симуляциясы менен мандибулярдык титан эритмесин имплантациялоо жана имплантациялоо үчүн EBM технологиясын ийгиликтүү колдонду. Операциянын жүрүшүндө ооруган мандайдын резекциясы жана индивидуалдык функционалдык оңдоо иштери бир убакта бүткөрүлүп, бузулган мандибула жекече оңдолуп, реконструкцияланды. Операциядан кийинки эффект канааттандырарлык болду. Lethaus B жана башка изилдөөчүлөр мандибулярдык резекциясы бар 20 бейтапта сөөк жана микроваскулярдык капкактарды реконструкциялоо үчүн 3D басып чыгаруу технологиясын колдонушкан, бул операция убактысын кыскартып, операциянын сапатын жакшыртып, операциядан кийинки эффект жакшы болгон. Акыркы жылдары ушул сыяктуу жаңылыктар жана изилдөөлөр чексиз агымда пайда болду, бул медициналык чөйрөдө 3D басып чыгаруунун жакшы колдонуу келечегин толугу менен чагылдырат.

Ортопедиялык өнүмдөрдүн тарабында, 3D басып чыгарылган хирургиялык имплантанттар да акырындык менен коммерциялаштыруу жана рынокко өтүүдө. 2007-жылы италиялык Adler Ortho жана LIma-LTO компаниясы тарабынан иштелип чыккан катуу ткань складдары бар биобасма 3D басып чыгарылган ацетабулум чөйчөктөрү CE сертификатынан өткөн. Exactech продуктусу 2010-жылы FDA тарабынан жактырылган. 2009-жылы америкалык AMT компаниясы тарабынан 3D басып чыгаруу аркылуу чыгарылган бүт титан денесин бириктирүү аппараты да ЕБ CE сертификациясынан өткөн. 2013-жылы Кошмо Штаттардагы биринчи биобасма баш сөөк имплантат продуктусу FDA тарабынан жактырылган, ал ошондой эле дүйнөдөгү биринчи жекелештирилген 3D басып чыгарылган PEEK баш сөөгү имплант фигурасы болуп саналат.

Ушунун негизинде, 2014-жылы, Америка Кошмо Штаттары Оксфорд компаниясы 3D басып жаак-бет сөөк азыктарын (5IOK режими) үчүн FDA макулдугун алган. Кошумчалай кетсек, 2015-жылдын сентябрь айында Пекин медицинасынын үчүнчү ооруканасы жана Пекин Aikang Yicheng Medical Equipment Co., LTD. тарабынан иштелип чыккан 3D басып чыгарылган адамдын импланты – жамбаш мууну Мамлекеттик тамак-аш жана дары-дармек башкармалыгы тарабынан каттоодон өткөн. 3D басып чыгарылган жамбаш мууну "массалык өндүрүш баскычына" кирди, бул Кытайдын 3D басып чыгаруу имплантаттары да өндүрүш баскычына кадам таштады дегенди билдирет.

3D басып чыгаруу технологиясы медициналык илим жана технология инновацияларында барган сайын маанилүү ролду көрсөттү жана ар кандай жекелештирилген импланттык протездерди, протездик буттарды, тиш импланттарын жана башка аспектилерди изилдөө жана колдонуу дагы барган сайын кеңири. Ошентип, бул жаңы процесс менен даярдалган импланттардын биокоопсуздугун баалоо көбүрөөк көңүл бурууну талап кылат.

3D басып чыгаруу титандын биокоопсуздугу боюнча изилдөө

Биомедициналык материалдардын коопсуздугу негизинен ткандардын жана материалдардын ортосундагы өз ара аракеттенүүдө чагылдырылат. Биомедициналык металл материалдары имплантацияланган аппараттардын стандарттарына жооп бериши үчүн адамдын организминде имплантациядан келип чыккан реакция алгылыктуу деңгээлде болушу талап кылынышы керек жана ошол эле учурда ал материалдын структурасында жана касиеттеринде сапаттык өзгөрүүлөрдү пайда кыла албайт. Адам денеси менен адамдын организминин өз ара аракеттенүүсү, негизинен, анын биологиялык шайкештигинен жана биологиялык функциясынан көрүнүп турат.

Ошондуктан, имплант адам денесине имплантациялангандан кийин адамдын клеткаларында, канында жана органдарында аллергия, сезгенүү жана химия сыяктуу терс реакцияларды пайда кылбашы керек, же адамдын бөтөн денесин четке кагуу керек. Ошол эле учурда, ошондой эле узак убакыт бою имплантациялоо керек болгон импланттардын жакшы статикалык механикалык касиеттерге, башкача айтканда, жетиштүү күчкө, ылайыктуу ийкемдүү модулга, жогорку туруктуулукка, жакшы коррозияга туруктуулугуна жана узакка чыдамдуу болушу талап кылынат. Азыр титан эритмесин хирургиялык имплантациялоо клиникалык практикада кеңири колдонулат жана био шайкештикти изилдөө да жетилген. Демек, 3D басып чыгаруу менен байланышкан титан эритмесин бөлүктөрүнүн коопсуздугу, негизинен, анын биомеханикалык функциясынын коопсуздугуна багытталган.

3D басып чыгарылган металл импланттын механикалык касиеттери, коррозияга туруктуулугу жана биологиялык шайкештиги боюнча салттуу процесстин жалпы имплант продуктулары менен салыштырууга болобу, ошондой эле эритме импланттын кээ бир статикалык механикалык касиеттери клиникалык колдонууга жана улуттук стандарттарга жооп бере алабы деген изилдөөлөр дагы эле уланууда. 3D басылган титан импланттарынын жарым-жартылай статикалык механикалык касиеттери клиникалык муктаждыктарды канааттандыра алаары аныкталган. EBM техникасы менен даярдалган Ti6A14V үлгүлөрү тике чыңалуунун сыноосу жана ысык изостатикалык басуу сыноосу менен сыналган. Натыйжалар TI6A14V үлгүлөрүнүн күчү согуу стандартынан ашып кеткендигин көрсөттү.

SLM технологиясы менен даярдалган Co-Cr-Mo эритмесинин коррозияга туруктуулугу салттуу процесс менен даярдалган эритмеге окшош жана симуляцияланган шилекей чөйрөсүндө иондун эрүү көлөмү салттуу процесс эритмесинин 3D басып чыгаруусуна караганда азыраак. DMLS технологиясы менен даярдалган Ti6A14V продукт EOS компаниясы тарабынан акылга сыярлык кийинки иштетүү аркылуу салттуу жасалмалоо сыяктуу эле статикалык механикалык касиеттерге жана чарчоого каршылыкка ээ деп табылган. ЭБМ тарабынан даярдалган порозиялуу титан эритмесинин омурткаларын бириктирүү аппараты эчкинин денесине имплантацияланды жана койлордун моюнчасын бириктирүү моделинде жакшы натыйжаларга жетишти. Сөөк-материалдык интерфейс PEEK терүү аппаратына караганда жакшыраак болгон.

Клиникалык жактан титан эритмесинин ийкемдүү модулу жана башка механикалык касиеттери адамдын сөөгүнүн касиеттерине дал келбейт, бул импланттын перифериялык сөөк тканында "стресстен коргоо" феноменине алып келет жана остеопорозду пайда кылат, натыйжада сөөктүн сиңишине, импланттын бошоңдошуна жана жоголушуна жана иштен чыгууга алып келет. Титан импланттары менен бул көйгөйдү азайтуу үчүн, көзөнөктүү түзүлүштөгү имплантаттар изилдөөчүлөрдүн көзүнө кирди. Азыр изилдөөлөр көрсөткөндөй, 3D басып чыгаруу импланттардын микроструктурасын алардын ийкемдүү модулун жана механикалык касиеттерин өзгөртүү үчүн жогорку тактык менен тууралап, адамдын сөөк ткандары менен дал келүүгө жана тийиштүү физиологиялык жүктү камсыз кылуунун негизинде биомеханикалык функцияларды андан ары жакшыртууга мүмкүндүк берет.

Ti6AI4V органынын башкарылуучу түзүмү EBM түзүү технологиясы менен өндүрүлгөн, ал эми ички боштук структурасы 3D басып чыгарылган буюмдардын түзүмүндө EBMди так көзөмөлдөөгө жетишкен сканерлөөчү электрондук микроскопиянын астында теориялык долбоорго шайкеш келген. Механикалык аткаруу тест аркылуу, тиешелүү кысуу күчү 163MPa жана ийкемдүү модулу 14MPa 60,1% тешикчелердин көзөнөктүүлүгү, адамдын сөөк жакын. In vitro клетка маданияты да жакшы клетка шайкештигин көрсөттү.

Конструкциялык параметрлерди оптималдаштыруу жолу менен EBM технологиясы боюнча көзөнөктүү стакандар даярдалган жана алардын механикалык касиеттери бааланган. Долбоорлогон көзөнөктүү материалдардын биомеханикасы фазалардын шайкештигин жана имплантациянын дал келүүсүн симуляциялоодо жогорку даражага ээ экендиги аныкталды. SLM тарабынан даярдалган 300гм, 600гм жана 900~tm тешиктүү титандын үч түрү коендун жилик сөөктөрүнүн сөөктүн өсүшүнө таасирин изилдөө үчүн имплантацияланган. Натыйжалар 600 ~ м көзөнөктүү түзүлүшү менен сөөк тканынын узундугу жана био шайкештиги жакшыраак экенин көрсөттү.

Сөөктүн өсүшү көз карашынан алганда, көзөнөктүүлүгү жана диафрагмасы жөнгө салынуучу склад адамдын денесиндеги аш болумдуу заттардын өтүшүнө жана өтүшүнө көбүрөөк ыңгайлуу болот, ошондой эле сөөктүн өсүшүнө, импланттардын жана сөөк керебеттеринин айкалышын жогорулатууга жана протездин кызмат мөөнөтүн узартууга жардам берет. Акыркы жылдары, этап менен көп тешик титан эритмесин кадам абдан идеалдуу клиникалык жаңы катуу ткандарды оңдоо жана алмаштыруучу материалдар болуп эсептелет, жана ар кандай микроскопиялык структуралар менен 3D басылган титан эритмесин имплантаттар колдонуу же түзүмдөр аркылуу да жаңы талааны ачты.