Yangi tadqiqot titaniumli tibbiy implantlarni juda samarali deb topdi

3D bosib chiqarish titanium jarayoni

An'anaviy jarayon bilan solishtirganda, shaxsiylashtirilgan jarrohlik implant raqamlarini ishlab chiqarish uchun 3D bosib chiqarish texnologiyasining afzalliklari asosan quyidagilarda namoyon bo'ladi: 3D bosib chiqarishning erkin shakllantirish xususiyatlari ichki implantni tez va aniq sozlashi mumkin, an'anaviy universal implant shaklini engib o'tishi mumkin, inson tanasi bilan mos kelmaydi va uning mexanik xususiyatlari standart muammolarga mos kelmaydi; Murakkab tuzilmalar va ishlov berish qiyin bo'lgan mahsulotlarni ishlab chiqarishda shaxsiylashtirilgan mikro tuzilmalar, ayniqsa tuzilmalar orqali gözenekli, nafaqat o'ziga xos fizik va kimyoviy xususiyatlarga javob berishi, balki biohisto-moslashuvni ham oshirishi mumkin.

Ushbu qator afzalliklar stressdan himoyalanish va implantlarning past biologik faolligi bilan bog'liq keng tarqalgan muammolarni samarali ravishda engib o'tishga yordam beradi. Hozirgi vaqtda eng ko'p ishlatiladigan va keng qo'llaniladigan 3D bosib chiqarish titanium qotishmalari SLM texnologiyasi va EBM texnologiyasidir.

Selektiv lazer eritish (SLM) tez erish hosil bo'lishiga erishish uchun oldindan yotqizilgan kukunli materiallarni tanlab nurlantirish uchun issiqlik manbai sifatida lazerdan foydalanadi. Asosiy ish printsipi shundaki, inert gazni himoya qilish muhitida asbob va uskunalar har bir kukun qatlamini tanlash va eritish uchun tizimni loyihalash rejimi tomonidan yaratilgan to'ldirish skanerlash yo'liga ko'ra lazer nurini boshqaradi.

Keyin platforma pastga siljiydi, yana kukun qo'yiladi va butun shakl hosil bo'lguncha sinterlash takrorlanadi. Inert gaz himoyasi metallning yuqori haroratlarda boshqa gazlar bilan reaksiyaga kirishishini oldini oladi. SLM texnologiyasi shakllantiruvchi materiallarning juda keng assortimenti, materiallarni tejash va qayta ishlanishi mumkin, murakkab qo'llab-quvvatlash tizimini loyihalash va tayyorlashga hojat yo'q, bu qator afzalliklar SLM texnologiyasini tobora kengroq qo'llashga imkon beradi.

Biroq, SLM ham ba'zi kamchiliklarga ega: cheklangan lazer quvvati va skanerlash galvanometrining burilish burchagi tufayli SLM tomonidan tayyorlangan qismlarning o'lchamlari chegarasi cheklangan bo'ladi; Yuqori quvvatli lazerlar va yuqori sifatli optik uskunalarni ishlab chiqarish qimmatga tushadi, bu esa iqtisodiy yukni ma'lum darajada oshiradi. SLM texnologiyasida kukunli materiallardan foydalanish tufayli, kalıplanmış qismlarning sirt sifati muammoli bo'lishi mumkin, bu esa keyingi ish uchun ishlatiladigan mahsulotni ikkilamchi qayta ishlashni talab qiladi; Qayta ishlash jarayonida sferoidizatsiya va burilish nuqsonlari ham yuzaga kelishi mumkin, bu qayta ishlash jarayonini qat'iy optimallashtirish uchun keyingi qadamni talab qiladi Elektron nurli eritish, EBM qo'shimchalar ishlab chiqarish uchun vakuum muhitida metall kukun qatlamini qatlam bilan eritish uchun issiqlik manbai sifatida elektron nurdan foydalanadigan jarayon.

Uning ishlash printsipi: oldindan qoplangan kukun, yuqori haroratli va hatto eritma ishlab chiqarish uchun kukun qatlamini skanerlash uchun mahalliy kichik maydonda yuqori energiya ishlab chiqarishga qaratilgandan so'ng yuqori energiyali elektron nurli burilish, elektron nurlar orqali uzluksiz skanerlash orqali erish hovuzi termoyadroviy va qotib qolish o'rtasida energiya ishlab chiqarish, chiziqli va tekis metall qatlamga ulangan.

Joriy qatlamni tugatgandan so'ng, hosil qilish uchun kukunni yotqizish jarayonini takrorlang. Ishlab chiqarish jarayonida EBM materialning yuqori mustahkamligini ta'minlash va qotishma oksidlanishiga yo'l qo'ymaslik uchun haqiqiy havo erish muhitini qabul qiladi. SLM bilan solishtirganda, EBM ning asosiy afzalliklari quyidagilardir: elektron nurli quvvatni samarali ishlab chiqarish kamroq quvvat sarflaydi, ishlab chiqarish tezligi yuqori, shuning uchun butun mashinaning haqiqiy umumiy quvvati yuqori; Elektron nurning burilishi uskuna qismini ko'chirishga hojat yo'q, bu esa skanerlash tezligini yanada yaxshilaydi. Yaxshi termal muhit 3D bosilgan qismlarning shakli barqarorligini ta'minlaydi, uning statik mexanik xususiyatlarini ta'minlaydi, biologik talablarga javob beradi va metall kukunlari ham qayta ishlanishi mumkin.

3D bosilgan jarrohlik implantlarining holati va rivojlanishi

Jarrohlik implantlari va 3D bosib chiqarish bilan ortopediyalar osteologiya sohasida istiqbolli qo'llash istiqboliga ega. Endi ko'proq va ko'proq bor3D bosilgan implant materiallarieshitish OITS, protez oyoq-qo'llari, shaxsiylashtirilgan ortopedik jarrohlik yo'riqnomalari, sun'iy bo'g'inlar, sun'iy tashqi quloqlar, shaxsiylashtirilgan tish implantlari va klinik shaxsiylashtirilgan davolashda boshqa ilovalar. Maʼlumotlarga koʻra, 2014-yilda Pekin universiteti tadqiqotchilari 12 yoshli bolaga mikroteshiklari boʻlgan shaxsiylashtirilgan 3D-bosma sunʼiy umurtqa pogʻonasini muvaffaqiyatli implantatsiya qilishgan, bu dunyodagi birinchi holat edi. O'sha yili shifokorlar va olimlar Shotlandiyada 5 yoshli qizga 3D-bosma protez kaftini o'rnatdilar.

Xalq Ozodlik Armiyasining 411-gospitalining Stomatologiya ixtisoslashgan markazi EBM texnologiyasidan hemimaxillarar rezektsiya qilingan bemor uchun yuqori darajada moslashtirilgan anatomiya simulyatsiyasi bilan mandibulyar titanium qotishma implantini sozlash va implantatsiya qilish uchun muvaffaqiyatli qo'llanildi. Operatsiya davomida kasallangan jag‘ suyagining rezektsiyasi va individual funktsional rekonstruksiyalari bir vaqtning o‘zida yakunlandi, nuqsonli jag‘ suyagi yakka tartibda tiklandi va rekonstruksiya qilindi. Operatsiyadan keyingi ta'sir qoniqarli edi. Lethaus B va boshqa tadqiqotchilar mandibulyar rezektsiyali 20 nafar bemorda suyak va mikrovaskulyar qopqoqlarni rekonstruksiya qilish uchun 3D bosib chiqarish texnologiyasidan foydalanganlar, bu operatsiya vaqtini qisqartirdi va operatsiya sifatini yaxshiladi va operatsiyadan keyingi ta'sir yaxshi bo'ldi. So'nggi yillarda shunga o'xshash yangiliklar va tadqiqotlar cheksiz oqimda paydo bo'ldi, bu tibbiyot sohasida 3D bosib chiqarishning yaxshi qo'llanilishi istiqbollarini to'liq aks ettiradi.

Ortopediya mahsulotlari bilan bir qatorda, 3D bosilgan jarrohlik implant materiallari ham asta-sekin tijoratlashtirish va bozorga chiqarishga o'tmoqda. 2007 yilda Italiyaning Adler Ortho va LIma-LTO kompaniyasi tomonidan ishlab chiqilgan qattiq to'qimali iskala bilan bioprinted 3D bosilgan asetabulum stakanlari Idoralar sertifikatidan o'tdi. Exactech mahsuloti 2010 yilda FDA tomonidan tasdiqlangan. 2009 yilda Amerikaning AMT kompaniyasi tomonidan 3D bosib chiqarishdan foydalangan holda ishlab chiqarilgan butun titan korpusli termoyadroviy qurilma ham EI Idoralar sertifikatidan o'tgan. 2013 yilda Qo'shma Shtatlardagi birinchi bioprinted bosh suyagi implantatsiyasi mahsuloti FDA tomonidan tasdiqlangan, bu ayni paytda dunyodagi birinchi shaxsiylashtirilgan 3D bosilgan PEEK bosh suyagi implantatsiyasi figurasidir.

Shu asosda, 2014 yilda Amerika Qo'shma Shtatlarining Oksford kompaniyasi 3D bosma maxillofasiyal suyak mahsulotlarini (5IOK rejimi) bo'yicha FDA roziligini oldi. Bundan tashqari, 2015-yil sentabr oyida Pekin tibbiyotining uchinchi kasalxonasi va Pekin Aikang Yicheng Medical Equipment Co., LTD. tomonidan ishlab chiqilgan 3D-bosma odam implantatsiyasi - sun'iy son bo'g'imi Davlat oziq-ovqat va farmatsevtika idorasi tomonidan ro'yxatga olingani xabar qilingan. 3D bosilgan kalça qo'shma qismi "ommaviy ishlab chiqarish bosqichiga" kirdi, bu Xitoyning 3D bosib chiqarish implantlari ham ishlab chiqarish bosqichiga qadam qo'yganligini anglatadi.

3D bosib chiqarish texnologiyasi tibbiyot fanlari va texnologiyalari innovatsiyalarida tobora muhim rol o'ynadi va turli xil shaxsiylashtirilgan implant protezlari, protez oyoq-qo'llari, tish implantlari va boshqa jihatlarni tadqiq qilish va qo'llash ham tobora kengayib bormoqda. Shunday qilib, ushbu yangi jarayon tomonidan tayyorlangan implantlarning bioxavfsizlik baholashi tobora ko'proq e'tiborga muhtoj.

3D bosib chiqarish titanining biologik xavfsizligi bo'yicha tadqiqotlar

Biomedikal materiallarning xavfsizligi asosan to'qimalar va materiallar o'rtasidagi o'zaro ta'sirda namoyon bo'ladi. Biotibbiyot metall materiallari implantatsiya qilingan qurilmalar standartlariga javob berishi uchun inson tanasida implantatsiya natijasida yuzaga keladigan reaktsiya maqbul darajada bo'lishi va shu bilan birga u materialning tuzilishi va xususiyatlarida sifatli o'zgarishlarga olib kelmasligi kerak. Inson tanasi va inson tanasi o'rtasidagi o'zaro ta'sir asosan uning biologik muvofiqligi va biologik funktsiyasida namoyon bo'ladi.

Shuning uchun, inson tanasiga implantatsiya qilinganidan so'ng, implant inson hujayralarida, qonida va organlarida allergiya, yallig'lanish va kimyo, yoki insonning begona jismlarini rad etish kabi salbiy reaktsiyalarni keltirib chiqarmasligi kerak. Shu bilan birga, uzoq vaqt davomida implantatsiya qilinishi kerak bo'lgan implantlar yaxshi statik mexanik xususiyatlarga ega bo'lishi kerak, ya'ni etarli kuch, mos elastik modul, yuqori barqarorlik, yaxshi korroziyaga chidamlilik va mustahkam chidamlilik. Hozirda titanium qotishmasining jarrohlik implantatsiyasi klinik amaliyotda keng qo'llaniladi va biologik muvofiqlik tadqiqotlari ham etuk. Shu sababli, 3D bosib chiqarish bilan bog'liq titanium qotishma qismlarining xavfsizligi asosan uning biomexanik funktsiyasi xavfsizligiga qaratilgan.

3D bosilgan metall implantning mexanik xususiyatlar, korroziyaga chidamliligi va biomoslashuvi bo'yicha an'anaviy jarayonning umumiy implantatsiya mahsulotlari bilan solishtirish mumkinmi yoki yo'qmi va qotishma implantining ba'zi statik mexanik xususiyatlari klinik qo'llanilishi va milliy standartlarga javob bera oladimi yoki yo'qligini tekshirish davom etmoqda. 3D bosilgan titanium implantlarining qisman statik mexanik xususiyatlari klinik ehtiyojlarni qondirishi mumkinligi aniqlandi. EBM texnikasi bilan tayyorlangan Ti6A14V namunalari to'g'ridan-to'g'ri tortish sinovi va issiq izostatik presslash testi bilan sinovdan o'tkazildi. Natijalar shuni ko'rsatdiki, TI6A14V namunalarining kuchi zarb standartidan oshib ketgan.

SLM texnologiyasi bilan tayyorlangan Co-Cr-Mo qotishmasining korroziyaga chidamliligi an'anaviy jarayon tomonidan tayyorlangan qotishmaga o'xshaydi va simulyatsiya qilingan tuprik muhitida ion eritmasi miqdori an'anaviy jarayon qotishmasidan kamroq 3D bosib chiqarishdir. DMLS texnologiyasi bilan tayyorlangan Ti6A14V mahsuloti EOS kompaniyasi tomonidan oqilona keyingi ishlov berish orqali an'anaviy zarb qilish bilan bir xil statik mexanik xususiyatlarga va charchoqqa chidamliligiga ega ekanligi aniqlandi. EBM tomonidan tayyorlangan gözenekli titanium qotishma vertebra termoyadroviy qurilmasi echki tanasiga joylashtirildi va qo'ylarning bachadon bo'yni termoyadroviy modelida yaxshi natijalarga erishdi. Suyak-material interfeysi PEEK termoyadroviy qurilmasiga qaraganda yaxshiroq edi.

Klinik jihatdan titanium qotishmasining elastik moduli va boshqa mexanik xususiyatlari inson suyagining xususiyatlariga mos kelmaydi, bu implantning periferik suyak to'qimalarida "stressdan himoyalanish" fenomeniga olib keladi va osteoporozni keltirib chiqaradi, natijada suyakning so'rilishi, bo'shashishi va yo'qolishiga olib keladi. Titan implantlari bilan bu muammoni kamaytirish uchun g'ovakli struktura implantlari tadqiqotchilarning ko'ziga kirdi. Endi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, 3D bosib chiqarish implantlarning mikro tuzilishini yuqori aniqlik bilan ularning elastik moduli va mexanik xususiyatlarini o'zgartirishi mumkin, shuning uchun inson suyak to'qimalariga mos keladi va tegishli fiziologik yukni ta'minlash asosida biomexanik funktsiyalarni yanada yaxshilaydi.

Ti6AI4V tanasining boshqariladigan tuzilishi EBM shakllantirish texnologiyasi bo'yicha ishlab chiqarilgan va ichki bo'shliq strukturasi skanerlash elektron mikroskop ostida nazariy dizaynga mos kelishi aniqlandi, bu 3D bosma mahsulotlarning tuzilishi bo'yicha EBMni aniq nazorat qilishga erishdi. Mexanik ishlash testi orqali mos keladigan bosim kuchi 163MPa va elastik modul inson suyagiga yaqin bo'lgan 60,1% gözeneklilik darajasida 14MPa ni tashkil qiladi. In vitro hujayra madaniyati ham yaxshi hujayra mosligini ko'rsatdi.

G'ovakli iskala dizayn parametrlarini optimallashtirish orqali EBM texnologiyasi bilan tayyorlangan va ularning mexanik xususiyatlari baholangan. Loyihalashtirilgan gözenekli materiallarning biomexaniklari fazalar muvofiqligi va implantatsiya mosligini simulyatsiya qilishda yuqori darajadagi ustunlikka ega ekanligi aniqlandi. SLM tomonidan tayyorlangan 300gm, 600gm va 900~tm bo'lgan uch xil g'ovakli titanium quyon suyagiga teshik nisbatining suyak o'sishiga ta'sirini o'rganish uchun implantatsiya qilindi. Natijalar shuni ko'rsatdiki, 600 ~ m gözenekli tuzilishga ega bo'lgan suyak to'qimasi yaxshiroq uzunlik va biomoslashuvga ega.

Suyak o'sishi nuqtai nazaridan, sozlanishi porozlik va teshikka ega bo'lgan iskala inson tanasida ozuqa moddalarining uzatilishi va uzatilishi uchun qulayroq bo'ladi, shuningdek, suyak o'sishi qobiliyatini rag'batlantirishi, implantlar va suyak to'shaklarining kombinatsiyasini oshirishi va protezning xizmat qilish muddatini uzaytirishi mumkin, shuning uchun qattiq tuzilish titaniumga qaraganda yaxshiroq tibbiy ta'sir ko'rsatadi. So'nggi yillarda ko'p teshikli titanium qotishmasi bosqichma-bosqich eng ideal klinik yangi qattiq to'qimalarni ta'mirlash va almashtirish materiallari hisoblanadi va 3D bosilgan titanium qotishma implantlarini turli mikroskopik tuzilmalar yoki tuzilmalar orqali qo'llash ham yangi maydonni ochdi.