Kajian Baharu Mendapati Implan Perubatan Titanium Sangat Berkesan

Proses titanium percetakan 3D

Berbanding dengan proses tradisional, kelebihan teknologi percetakan 3D untuk mengeluarkan angka implan pembedahan yang diperibadikan terutamanya ditunjukkan dalam: Ciri-ciri pembentukan bebas cetakan 3D boleh dengan cepat dan tepat menyesuaikan implan dalaman, boleh mengatasi bentuk angka implan sejagat tradisional yang tidak serasi dengan tubuh manusia dan sifat mekanikalnya tidak memenuhi masalah standard; Dalam pembuatan struktur kompleks dan produk yang sukar diproses, struktur mikro yang diperibadikan, terutamanya berliang melalui struktur, bukan sahaja dapat memenuhi sifat fizikal dan kimia tertentu, tetapi juga meningkatkan biohistokompatibiliti.

Siri kelebihan ini boleh mengatasi masalah biasa perlindungan tekanan dan aktiviti biologi implan yang rendah. Pada masa ini, aloi titanium percetakan 3D yang paling biasa digunakan dan digunakan secara meluas ialah teknologi SLM dan teknologi EBM.

Peleburan Laser Terpilih (SLM) menggunakan laser sebagai sumber haba untuk menyinari bahan serbuk pra-letak secara selektif untuk mencapai pembentukan lebur yang cepat. Prinsip kerja utama ialah di bawah persekitaran perlindungan gas lengai, instrumen dan equiPment mengawal pancaran laser mengikut laluan pengimbasan pengisian yang dijana oleh mod reka bentuk sistem untuk memilih dan mencairkan setiap lapisan serbuk.

Kemudian pelantar dipindahkan ke bawah, serbuk diletakkan semula dan Pensinteran diulang sehingga seluruh bentuk terbentuk. Perlindungan gas lengai menghalang logam daripada bertindak balas dengan gas lain pada suhu tinggi. Teknologi SLM adalah pelbagai jenis bahan pembentuk, penjimatan bahan dan boleh dikitar semula, tidak perlu mereka bentuk dan menyediakan sistem sokongan yang kompleks, siri kelebihan ini menjadikan teknologi SLM semakin banyak digunakan.

Walau bagaimanapun, SLM juga mempunyai beberapa kelemahan: disebabkan kuasa laser yang terhad dan Sudut pesongan galvanometer pengimbasan, julat saiz bahagian yang disediakan oleh SLM akan dihadkan; Laser berkuasa tinggi dan peralatan optik berkualiti tinggi adalah mahal untuk dikeluarkan, yang sedikit sebanyak meningkatkan beban ekonomi. Oleh kerana penggunaan bahan serbuk dalam teknologi SLM, kualiti permukaan bahagian acuan mungkin bermasalah, yang memerlukan pemprosesan sekunder produk untuk digunakan untuk kerja seterusnya; Kecacatan spheroidisasi dan meledingkan juga mungkin berlaku dalam proses pemprosesan, yang memerlukan langkah selanjutnya untuk mengoptimumkan prosedur pemprosesan secara ketat Peleburan rasuk elektron, EBM ialah proses yang menggunakan rasuk elektron sebagai sumber haba untuk mencairkan serbuk logam lapisan demi lapisan dalam persekitaran vakum untuk pembuatan bahan tambahan.

Prinsip kerjanya ialah: serbuk pra-bersalut, pesongan rasuk elektron bertenaga tinggi selepas memfokuskan untuk menghasilkan tenaga tinggi di kawasan kecil tempatan untuk mengimbas lapisan serbuk untuk menghasilkan suhu tinggi dan juga cair, melalui pengimbasan berterusan rasuk elektron untuk menghasilkan tenaga antara gabungan dan pemejalan kolam cair, disambungkan ke lapisan logam linear dan planar.

Selepas menyelesaikan lapisan semasa, ulangi operasi meletakkan serbuk untuk membentuk. Dalam proses pengeluaran, EBM mengamalkan persekitaran lebur udara sebenar untuk memastikan kekuatan tinggi bahan dan mengelakkan pengoksidaan aloi. Berbanding dengan SLM, kelebihan utama EBM ialah: penjanaan kuasa rasuk elektron yang cekap menggunakan kuasa yang kurang, kelajuan pengeluaran adalah tinggi, supaya jumlah kuasa sebenar keseluruhan mesin adalah tinggi; Pesongan pancaran elektron tidak perlu menggerakkan bahagian peralatan, yang meningkatkan lagi kelajuan pengimbasan. Persekitaran haba yang baik memastikan kestabilan bentuk bahagian bercetak 3D, memastikan sifat mekanikal statiknya, memenuhi keperluan biologi, dan serbuk logam juga boleh dikitar semula.

Status dan kemajuan implan pembedahan bercetak 3D

Implan pembedahan dan ortotik dengan cetakan 3D mempunyai prospek aplikasi yang menjanjikan dalam bidang osteologi. Sekarang semakin ramai Bahan implan bercetak 3D seperti AIDS pendengaran, anggota prostetik, panduan pembedahan ortopedik yang diperibadikan, sendi tiruan, telinga luar tiruan, implan pergigian yang diperibadikan dan aplikasi lain dalam rawatan peribadi klinikal. Menurut laporan, pada tahun 2014, penyelidik di Universiti Peking berjaya menanam seorang budak lelaki berusia 12 tahun dengan tulang belakang tiruan cetakan 3D yang diperibadikan dengan lubang mikro, yang merupakan kes pertama di dunia. Pada tahun yang sama, doktor dan saintis memasangkan kanak-kanak perempuan berusia 5 tahun di Scotland dengan tapak tangan palsu bercetak 3D.

Pusat Kepakaran Stomatology Hospital 411th of the People's Liberation Army berjaya menggunakan teknologi EBM untuk memperibadikan dan menanam implan aloi titanium rahang bawah dengan simulasi anatomi yang sangat diperibadikan untuk pesakit reseksi hemimaxillary. Semasa operasi, pemotongan rahang bawah yang berpenyakit dan pembaikan fungsi individu telah selesai dalam satu masa, dan rahang bawah yang rosak telah dibaiki dan dibina semula secara individu. Kesan selepas pembedahan adalah memuaskan. Lethaus B dan penyelidik lain menggunakan teknologi percetakan 3D untuk membina semula kepak tulang dan mikrovaskular dalam 20 pesakit dengan reseksi rahang bawah, yang memendekkan masa operasi dan meningkatkan kualiti operasi, dan kesan selepas pembedahan adalah baik. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, berita dan penyelidikan yang serupa telah muncul dalam aliran yang tidak berkesudahan, yang mencerminkan sepenuhnya prospek aplikasi percetakan 3D yang baik dalam bidang perubatan.

Di sisi produk ortopedik, bahan implan pembedahan bercetak 3D juga beransur-ansur bergerak ke arah pengkomersilan dan pemasaran. Pada tahun 2007, cawan acetabulum cetakan 3D terbiocetak dengan perancah tisu keras yang dibangunkan oleh syarikat Itali Adler Ortho dan LIma-LTO lulus pensijilan CE. Produk Exactech telah diluluskan oleh FDA pada tahun 2010. Pada tahun 2009, peranti gabungan badan semua-titanium yang dihasilkan oleh syarikat AMT Amerika menggunakan percetakan 3D turut lulus pensijilan EU CE. Pada tahun 2013, produk implan tengkorak biocetak pertama di Amerika Syarikat telah diluluskan oleh FDA, yang juga angka implan tengkorak PEEK cetakan 3D pertama yang diperibadikan di dunia.

Atas dasar ini, pada tahun 2014, Syarikat Oxford Amerika Syarikat menerima kelulusan FDA untuk produk tulang maxillofacial cetakan 3D (mod 5IOK). Di samping itu, dilaporkan bahawa pada September 2015, implan manusia bercetak 3D - sendi pinggul tiruan yang dibangunkan oleh Hospital Ketiga Perubatan Beijing dan Beijing Aikang Yicheng Medical Equipment Co., LTD., telah didaftarkan oleh Pentadbiran Makanan dan Dadah Negeri. Sambungan pinggul bercetak 3D telah memasuki "peringkat pengeluaran besar-besaran", yang bermaksud bahawa implan cetakan 3D China juga telah melangkah ke peringkat pengeluaran.

Teknologi percetakan 3D telah menunjukkan peranan yang semakin penting dalam sains perubatan dan inovasi teknologi, dan penyelidikan dan aplikasi pelbagai prostesis implan peribadi, anggota prostetik, implan pergigian dan aspek lain juga semakin meluas. Jadi, penilaian biokeselamatan implan yang disediakan oleh proses baharu ini memerlukan perhatian yang lebih dan lebih.

Penyelidikan tentang biokeselamatan titanium percetakan 3D

Keselamatan bahan bioperubatan terutamanya dicerminkan dalam interaksi antara tisu dan bahan. Agar bahan logam bioperubatan memenuhi piawaian peranti yang diimplan, tindak balas yang disebabkan oleh implantasi dalam tubuh manusia mesti berada pada tahap yang boleh diterima, dan pada masa yang sama, ia tidak boleh mendorong perubahan kualitatif dalam struktur dan sifat bahan. Interaksi antara tubuh manusia dan tubuh manusia terutamanya dicerminkan dalam biokeserasian dan fungsi biologinya.

Oleh itu, selepas implantasi dalam tubuh manusia, implan tidak boleh menyebabkan reaksi buruk seperti alahan, keradangan dan kimia dalam sel manusia, darah dan organ, atau penolakan badan asing manusia. Pada masa yang sama, implan yang perlu ditanam dalam jangka masa yang lama juga dikehendaki mempunyai sifat mekanikal statik yang baik, iaitu kekuatan yang mencukupi, modulus elastik yang sesuai, kestabilan yang tinggi, rintangan kakisan yang baik dan ketahanan yang tahan lama. Sekarang implantasi pembedahan aloi titanium digunakan secara meluas dalam amalan klinikal, dan penyelidikan biokompatibiliti juga matang. Oleh itu, keselamatan bahagian aloi titanium yang berkaitan dengan percetakan 3D terutamanya tertumpu pada keselamatan fungsi biomekaniknya.

Penyelidikan sama ada implan logam bercetak 3D adalah setanding dengan produk implan am proses tradisional dari segi sifat mekanikal, rintangan kakisan dan biokompatibiliti, dan sama ada beberapa sifat mekanikal statik implan aloi boleh memenuhi aplikasi klinikal dan piawaian kebangsaan masih dalam proses. Telah didapati bahawa sifat mekanikal statik separa implan titanium cetakan 3D boleh memenuhi keperluan klinikal. Sampel Ti6A14V yang disediakan oleh teknik EBM telah diuji dengan ujian tegangan terus dan ujian tekanan isostatik panas. Keputusan menunjukkan bahawa kekuatan sampel TI6A14V melebihi piawaian penempaan.

Rintangan kakisan aloi Co-Cr-Mo yang disediakan oleh teknologi SLM adalah serupa dengan aloi yang disediakan oleh proses tradisional, dan jumlah pembubaran ion dalam persekitaran air liur simulasi adalah kurang cetakan 3D berbanding aloi proses tradisional. Produk Ti6A14V yang disediakan oleh teknologi DMLS didapati oleh syarikat EOS mempunyai sifat mekanikal statik dan rintangan lesu yang sama seperti penempaan tradisional melalui pemprosesan pasca yang munasabah. Peranti gabungan vertebra aloi titanium berliang yang disediakan oleh EBM telah diimplan ke dalam badan kambing dan mencapai keputusan yang baik dalam model gabungan serviks biri-biri. Antara muka bahan tulang adalah lebih baik daripada peranti gabungan PEEK.

Secara klinikal, modulus elastik dan sifat mekanikal aloi titanium yang lain tidak sepadan dengan sifat tulang manusia, yang akan membawa kepada fenomena "pelindung tekanan" dalam tisu tulang periferi implan dan menyebabkan osteoporosis, mengakibatkan penyerapan tulang, longgar dan kehilangan implan dan kegagalan. Bagi mengurangkan masalah ini dengan implan titanium, implan struktur berliang telah memasuki mata penyelidik. Kini, kajian telah menunjukkan bahawa percetakan 3D boleh melaraskan struktur mikro implan dengan ketepatan tinggi untuk menukar modulus keanjalan dan sifat mekanikalnya, supaya dipadankan dengan tisu tulang manusia dan meningkatkan lagi fungsi biomekanik berdasarkan memastikan beban fisiologi yang sesuai.

Struktur terkawal badan Ti6AI4V telah dihasilkan oleh teknologi pembentukan EBM, dan struktur lompang dalaman didapati konsisten dengan reka bentuk teori di bawah mikroskop elektron pengimbasan, yang mencapai kawalan tepat EBM pada struktur produk cetakan 3D. Melalui ujian prestasi mekanikal, kekuatan mampatan yang sepadan ialah 163MPa dan modulus elastik ialah 14MPa pada keliangan liang 60.1%, yang hampir dengan tulang manusia. Kultur sel in vitro juga menunjukkan keserasian sel yang baik.

Perancah berliang telah disediakan oleh teknologi EBM melalui pengoptimuman parameter reka bentuk, dan sifat mekanikalnya telah dinilai. Didapati bahawa biomekanik bahan berliang yang direka mempunyai tahap keunggulan yang tinggi dalam simulasi keserasian fasa dan padanan implantasi. Tiga jenis titanium berliang dengan 300gm, 600gm dan 900~tm yang disediakan oleh SLM telah diimplan ke dalam tibia arnab untuk menyiasat kesan nisbah liang ke atas pertumbuhan tulang. Keputusan menunjukkan bahawa tisu tulang dengan struktur berliang 600~m mempunyai panjang dan biokompatibiliti yang lebih baik.

Dari sudut pandangan pertumbuhan tulang, perancah dengan keliangan dan apertur boleh laras akan lebih kondusif untuk penghantaran dan penghantaran nutrien dalam tubuh manusia, dan juga boleh menggalakkan keupayaan pertumbuhan tulang, meningkatkan gabungan implan dan katil tulang, dan memanjangkan hayat perkhidmatan prostesis, untuk mendapatkan kesan perubatan yang lebih baik daripada aloi titanium struktur pepejal. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, aloi titanium berbilang lubang langkah demi langkah dianggap sebagai bahan pembaikan dan penggantian tisu keras baru klinikal yang paling ideal, dan aplikasi implan aloi titanium bercetak 3D dengan pelbagai struktur mikroskopik atau melalui struktur juga telah membuka bidang baharu.