Studju ġdid Isib Impjanti Mediċi tat-Titanju Effettivi ħafna

Proċess tat-titanju tal-istampar 3D

Meta mqabbel mal-proċess tradizzjonali, il-vantaġġi tat-teknoloġija tal-istampar 3D għall-manifattura ta 'figuri personalizzati tal-impjanti kirurġiċi huma prinċipalment riflessi fi: karatteristiċi ta' formazzjoni ħielsa tal-istampar 3D jistgħu jippersonalizzaw malajr u b'mod preċiż l-impjant intern, jistgħu jegħlbu l-forma tal-figura tal-impjant universali tradizzjonali hija inkompatibbli mal-ġisem tal-bniedem u l-proprjetajiet mekkaniċi tagħha mhumiex sa problemi standard; Fil-manifattura ta 'strutturi kumplessi u prodotti diffiċli biex jiġu pproċessati, mikro-strutturi personalizzati, speċjalment porużi permezz ta' strutturi, jistgħu mhux biss jilħqu proprjetajiet fiżiċi u kimiċi speċifiċi, iżda wkoll itejbu l-bijohistokompatibilità.

Din is-serje ta 'vantaġġi tista' tegħleb b'mod effettiv il-problemi komuni tal-ilqugħ tal-istress u l-attività bijoloġika baxxa tal-impjanti. Fil-preżent, il-ligi tat-titanju tal-istampar 3D l-aktar użati u użati ħafna huma t-teknoloġija SLM u t-teknoloġija EBM.

Selective Laser Tidwib (SLM) juża lejżer bħala sors tas-sħana biex irradja b'mod selettiv materjali tat-trab imqiegħda minn qabel biex jinkiseb formazzjoni ta 'tidwib rapidu. Il-prinċipju ewlieni tax-xogħol huwa li taħt l-ambjent ta 'protezzjoni tal-gass inert, l-istrument u t-tagħmir jikkontrollaw ir-raġġ tal-lejżer skont il-mogħdija tal-iskannjar tal-mili ġġenerata mill-mod tad-disinn tas-sistema biex tagħżel u jdub kull saff ta' trab.

Imbagħad il-pjattaforma titmexxa 'l isfel, it-trab jerġa' jitqiegħed u s-sinterizzazzjoni tiġi ripetuta sakemm tiġi ffurmata l-forma kollha. Il-protezzjoni tal-gass inert tipprevjeni li l-metall jirreaġixxi ma 'gassijiet oħra f'temperaturi għoljin. It-teknoloġija SLM hija firxa wiesgħa ħafna ta 'materjali li jiffurmaw, iffrankar ta' materjal u riċiklabbli, m'għandhomx għalfejn jiddisinjaw u jippreparaw sistema ta 'appoġġ kumplessa, din is-serje ta' vantaġġi tagħmel it-teknoloġija SLM tintuża aktar u aktar.

Madankollu, SLM għandu wkoll xi żvantaġġi: minħabba l-qawwa limitata tal-lejżer u l-Angolu ta 'deflessjoni tal-galvanometru tal-iskannjar, il-firxa tad-daqs tal-partijiet ippreparati minn SLM se tkun limitata; Lejżers ta 'qawwa għolja u tagħmir ottiku ta' kwalità għolja huma għaljin għall-manifattura, li jżid il-piż ekonomiku sa ċertu punt. Minħabba l-użu ta 'materjali tat-trab fit-teknoloġija SLM, il-kwalità tal-wiċċ tal-partijiet iffurmati tista' tkun problematika, li teħtieġ ipproċessar sekondarju tal-prodott biex jintuża għal xogħol sussegwenti; Difetti ta 'spheroidization u warping jistgħu jseħħu wkoll fil-proċess tal-ipproċessar, li jeħtieġ pass ieħor biex jottimizza b'mod strett il-proċedura tal-ipproċessar Tidwib tar-raġġ tal-elettroni, EBM huwa proċess li juża raġġ tal-elettroni bħala sors tas-sħana biex jiddewweb trab tal-metall saff b'saff f'ambjent vakwu għall-manifattura addittiva.

Il-prinċipju tax-xogħol tiegħu huwa: trab miksi minn qabel, deflessjoni tar-raġġ ta 'l-elettroni ta' enerġija għolja wara li tiffoka biex tipproduċi enerġija għolja fiż-żona żgħira lokali biex tiskennja s-saff tat-trab biex tipproduċi temperatura għolja u anke jiddewweb, permezz tar-raġġ ta 'elettroni skanjar kontinwu biex tipproduċi enerġija bejn il-fużjoni u solidifikazzjoni tal-pool tat-tidwib, imqabbda f'saff tal-metall lineari u planari.

Wara li tispiċċa s-saff kurrenti, irrepeti l-operazzjoni tat-tqegħid tat-trab biex tifforma. Fil-proċess tal-produzzjoni, EBM jadotta l-ambjent veru tat-tidwib tal-arja biex jiżgura s-saħħa għolja tal-materjal u jevita l-ossidazzjoni tal-liga. Meta mqabbel mal-SLM, il-vantaġġi ewlenin tal-EBM huma: il-ġenerazzjoni effiċjenti tal-qawwa tar-raġġ tal-elettroni tikkonsma inqas enerġija, il-veloċità tal-produzzjoni hija għolja, sabiex il-qawwa totali attwali tal-magna kollha tkun għolja; Id-deflessjoni tar-raġġ ta 'l-elettroni m'għandhiex għalfejn tmexxi l-parti tat-tagħmir, li tkompli ttejjeb il-veloċità ta' l-iskannjar. L-ambjent termali tajjeb jiżgura l-istabbiltà tal-forma ta 'partijiet stampati 3D, jiżgura l-proprjetajiet mekkaniċi statiċi tiegħu, jissodisfa r-rekwiżiti bijoloġiċi, u t-trab tal-metall jista' wkoll jiġi riċiklat.

L-istatus u l-progress ta 'impjanti kirurġiċi stampati 3D

Impjanti kirurġiċi u ortotiċi bi stampar 3D għandhom prospett ta 'applikazzjoni promettenti fil-qasam tal-osteoloġija. Issa hemm aktar u aktarMaterjali tal-impjant stampati 3Dbħal AIDS tas-smigħ, riġlejn prostetiċi, gwidi ta 'kirurġija ortopedika personalizzata, ġonot artifiċjali, widnejn ta' barra artifiċjali, impjanti dentali personalizzati u applikazzjonijiet oħra fi trattament kliniku personalizzat. Skont rapporti, fl-2014, riċerkaturi fl-Università ta 'Peking impjantaw b'suċċess tifel ta' 12-il sena b'sinsla artifiċjali stampata 3D personalizzata b'toqob mikro, li kien l-ewwel każ fid-dinja. Fl-istess sena, tobba u xjenzati armaw tifla ta’ 5 snin fl-Iskozja b’palma prostetika stampata 3D.

Iċ-Ċentru tal-Ispeċjalità tal-Istomatoloġija tal-411 Sptar tal-Armata tal-Liberazzjoni tal-Poplu uża b'suċċess it-teknoloġija tal-EBM biex jippersonalizza u jimpjanta impjant ta 'liga tat-titanju mandibulari b'simulazzjoni personalizzata ħafna tal-anatomija għal pazjent ta' risezzjoni emimaxillari. Matul l-operazzjoni, ir-resezzjoni tal-mandibula morda u t-tiswija funzjonali individwalizzata tlestew f'ħin wieħed, u l-mandibula difettuża ġiet imsewwija u rikostrutt individwalment. L-effett ta 'wara l-operazzjoni kien sodisfaċenti. Lethaus B u riċerkaturi oħra użaw teknoloġija tal-istampar 3D biex jibnu mill-ġdid flaps tal-għadam u mikrovaskulari f'20 pazjent b'resezzjoni mandibolari, li qassar il-ħin tal-operazzjoni u tejbet il-kwalità tal-operazzjoni, u l-effett ta 'wara l-operazzjoni kien tajjeb. F'dawn l-aħħar snin, ħarġu aħbarijiet u riċerka simili fi fluss bla tarf, li jirrifletti bis-sħiħ il-prospetti tajbin ta 'applikazzjoni tal-istampar 3D fil-qasam mediku.

Min-naħa tal-prodotti ortopediċi, materjali tal-impjanti kirurġiċi stampati 3D qed jimxu wkoll gradwalment lejn il-kummerċjalizzazzjoni u l-kummerċjalizzazzjoni. Fl-2007, tazzi tal-acetabulum stampati 3D bioprinted b'scafolders tat-tessut iebes żviluppati mill-kumpanija Taljana Adler Ortho u LIma-LTO għaddew iċ-ċertifikazzjoni CE. Il-prodott ta 'Exactech ġie approvat mill-FDA fl-2010. Fl-2009, l-apparat tal-fużjoni tal-ġisem kollu tat-titanju prodott mill-kumpanija Amerikana AMT li tuża stampar 3D għadda wkoll iċ-ċertifikazzjoni CE tal-UE. Fl-2013, l-ewwel prodott tal-impjant tal-kranju bioprinted fl-Istati Uniti ġie approvat mill-FDA, li hija wkoll l-ewwel figura personalizzata tal-impjant tal-kranju PEEK stampat 3D fid-dinja.

Fuq din il-bażi, fl-2014, il-Kumpanija Oxford tal-Istati Uniti rċeviet l-approvazzjoni tal-FDA għall-istampar 3D ta 'prodotti tal-għadam maxillofacial (mod 5IOK). Barra minn hekk, huwa rrappurtat li f'Settembru 2015, l-impjant uman stampat 3D - ġonta tal-ġenbejn artifiċjali żviluppata mit-Tielet Isptar tal-Mediċina ta 'Beijing u Beijing Aikang Yicheng Medical Equipment Co., LTD., Ġie rreġistrat mill-Amministrazzjoni tal-Ikel u tad-Droga tal-Istat. Il-ġonta tal-ġenbejn stampata 3D daħlet fl-"istadju tal-produzzjoni tal-massa", li jfisser li l-impjanti tal-istampar 3D taċ-Ċina daħlu wkoll fl-istadju tal-produzzjoni.

It-teknoloġija tal-istampar 3D wriet rwol dejjem aktar importanti fix-xjenza medika u l-innovazzjoni tat-teknoloġija, u r-riċerka u l-applikazzjoni ta 'diversi proteżi tal-impjanti personalizzati, riġlejn prostetiċi, impjanti dentali u aspetti oħra huma wkoll aktar u aktar estensivi. Għalhekk, l-evalwazzjoni tal-bijosigurtà tal-impjanti ppreparati minn dan il-proċess ġdid teħtieġ aktar u aktar attenzjoni.

Riċerka dwar il-bijosigurtà tat-titanju tal-istampar 3D

Is-sigurtà tal-materjali bijomediċi hija riflessa prinċipalment fl-interazzjoni bejn it-tessuti u l-materjali. Sabiex materjali tal-metall bijomediċi jilħqu l-istandards ta 'apparati impjantati, għandu jkun meħtieġ li r-reazzjoni kkawżata mill-impjantazzjoni fil-ġisem tal-bniedem tkun f'livell aċċettabbli, u fl-istess ħin, ma tistax tinduċi bidliet kwalitattivi fl-istruttura u l-proprjetajiet tal-materjal. L-interazzjoni bejn il-ġisem tal-bniedem u l-ġisem tal-bniedem hija riflessa prinċipalment fil-bijokompatibilità u l-funzjoni bijoloġika tagħha.

Għalhekk, wara l-impjantazzjoni fil-ġisem tal-bniedem, l-impjant m'għandux jikkawża reazzjonijiet avversi bħal allerġija, infjammazzjoni u kimika fiċ-ċelloli umani, demm u organi, jew ir-rifjut ta 'korpi barranin umani. Fl-istess ħin, huwa meħtieġ ukoll li l-impjanti li jeħtieġ li jiġu impjantati għal żmien twil għandu jkollhom proprjetajiet mekkaniċi statiċi tajbin, jiġifieri, saħħa suffiċjenti, modulu elastiku xieraq, stabbiltà għolja, reżistenza tajba għall-korrużjoni u durabilità durabbli. Issa l-impjantazzjoni kirurġika ta 'liga tat-titanju tintuża ħafna fil-prattika klinika, u r-riċerka tal-bijokompatibilità hija wkoll matura. Għalhekk, is-sigurtà tal-partijiet tal-liga tat-titanju relatati mal-istampar 3D tiffoka prinċipalment fuq is-sikurezza tal-funzjoni bijomekkanika tagħha.

Ir-riċerka dwar jekk l-impjant tal-metall stampat 3D huwiex komparabbli mal-prodotti tal-impjant ġenerali tal-proċess tradizzjonali f'termini ta 'proprjetajiet mekkaniċi, reżistenza għall-korrużjoni u bijokompatibilità, u jekk xi wħud mill-proprjetajiet mekkaniċi statiċi tal-impjant tal-liga jistgħux jilħqu l-applikazzjoni klinika u l-istandards nazzjonali għadha għaddejja. Instab li l-proprjetajiet mekkaniċi statiċi parzjali ta 'impjanti tat-titanju stampati 3D jistgħu jissodisfaw il-ħtiġijiet kliniċi. Kampjuni Ti6A14V ippreparati bit-teknika EBM ġew ittestjati b'test tat-tensjoni diretta u test tal-ippressar iżostatiku sħun. Ir-riżultati wrew li s-saħħa tal-kampjuni TI6A14V qabżet l-istandard tal-forġa.

Ir-reżistenza għall-korrużjoni tal-liga Co-Cr-Mo ppreparata mit-teknoloġija SLM hija simili għal dik tal-liga ppreparata mill-proċess tradizzjonali, u l-ammont ta 'dissoluzzjoni tal-jone fl-ambjent tal-bżieq simulat huwa inqas stampar 3D minn dak tal-liga tal-proċess tradizzjonali. Il-prodott Ti6A14V imħejji bit-teknoloġija DMLS instab mill-kumpanija EOS li għandu l-istess proprjetajiet mekkaniċi statiċi u reżistenza għall-għeja bħall-forġa tradizzjonali permezz ta 'proċessar ta' wara raġonevoli. L-apparat tal-fużjoni tal-vertebri tal-liga tat-titanju poruż imħejji minn EBM ġie impjantat fil-ġisem tal-mogħoż u kiseb riżultati tajbin fil-mudell tal-fużjoni ċervikali tan-nagħaġ. L-interface tal-materjal tal-għadam kien aħjar mill-apparat tal-fużjoni PEEK.

Klinikament, il-modulu elastiku u proprjetajiet mekkaniċi oħra ta 'liga tat-titanju ma jaqblux mal-proprjetajiet tal-għadam uman, li se jwassal għall-fenomenu ta' "ilqugħ tal-istress" fit-tessut tal-għadam periferali tal-impjant u jikkawża osteoporożi, li tirriżulta f'assorbiment tal-għadam, tillaxka u telf tal-impjant u falliment. Sabiex titnaqqas din il-problema bl-impjanti tat-titanju, impjanti ta 'struttura poruża daħlu fl-għajnejn tar-riċerkaturi. Issa, studji wrew li l-istampar 3D jista 'jaġġusta l-mikrostruttura tal-impjanti bi preċiżjoni għolja biex ibiddel il-modulu elastiku u l-proprjetajiet mekkaniċi tagħhom, sabiex jaqbel mat-tessut tal-għadam uman u jkompli jtejjeb il-funzjonijiet bijomekkaniċi fuq il-bażi li jiżgura tagħbija fiżjoloġika xierqa.

L-istruttura kkontrollata tal-korp Ti6AI4V kienet immanifatturata minn teknoloġija li tifforma EBM, u l-istruttura tal-vojt intern instabet li kienet konsistenti mad-disinn teoretiku taħt mikroskopija elettronika tal-iskannjar, li kisbet il-kontroll preċiż tal-EBM fuq l-istruttura ta 'prodotti stampati 3D. Permezz tat-test tal-prestazzjoni mekkanika, is-saħħa kompressiva korrispondenti hija 163MPa u l-modulu elastiku huwa 14MPa f'60.1% porożità tal-pori, li hija qrib l-għadam tal-bniedem. Il-kultura taċ-ċelluli in vitro wriet ukoll kompatibilità tajba taċ-ċelluli.

L-armar porużi tħejjew bit-teknoloġija EBM permezz tal-ottimizzazzjoni tal-parametri tad-disinn, u l-proprjetajiet mekkaniċi tagħhom ġew evalwati. Instab li l-bijomekkaniċi tal-materjali porużi ddisinjati kellhom grad għoli ta 'superjorità fis-simulazzjoni tal-kompatibilità tal-fażi u t-tqabbil tal-impjantazzjoni. Tliet tipi ta 'titanju poruż bi 300gm, 600gm u 900 ~ tm ippreparati minn SLM ġew impjantati fis-sieq tal-fenek biex jinvestigaw l-effett tal-proporzjon tal-pori fuq it-tkabbir tal-għadam. Ir-riżultati wrew li t-tessut tal-għadam bi struttura poruża ta '600 ~ m kellu tul aħjar u bijokompatibilità.

Mil-lat tat-tkabbir tal-għadam, scaffold b'porożità u apertura aġġustabbli se jkun aktar li jwassal għat-trażmissjoni u t-trażmissjoni ta 'nutrijenti fil-ġisem tal-bniedem, u jista' wkoll jippromwovi l-abbiltà tat-tkabbir tal-għadam, iżid il-kombinazzjoni ta 'impjanti u sodod tal-għadam, u jestendi l-ħajja tas-servizz tal-proteżi, sabiex tikseb effetti mediċi aħjar minn liga tat-titanju ta' struttura solida. F'dawn l-aħħar snin, il-liga tat-titanju b'ħafna toqob pass pass hija meqjusa bħala l-aktar materjali ta 'tiswija u sostituzzjoni tat-tessut iebes kliniku l-aktar ideali, u l-applikazzjoni ta' impjanti ta 'liga tat-titanju stampati 3D b'diversi strutturi mikroskopiċi jew permezz ta' strutturi fetħet ukoll qasam ġdid.