Studimi i ri zbulon se implantet mjekësore të Titaniumit janë shumë efektivë

Procesi i printimit 3D të titanit

Krahasuar me procesin tradicional, avantazhet e teknologjisë së printimit 3D për prodhimin e figurave të implanteve të personalizuara kirurgjikale reflektohen kryesisht në: Karakteristikat e formimit pa printim 3D mund të personalizojnë shpejt dhe me saktësi implantin e brendshëm, mund të kapërcejnë formën tradicionale universale të figurës së implantit është e papajtueshme me trupin e njeriut dhe vetitë e tij mekanike nuk janë në përputhje me problemet standarde; Në prodhimin e strukturave komplekse dhe produkteve të vështira për t'u përpunuar, mikro-strukturat e personalizuara, veçanërisht strukturat poroze, jo vetëm që mund të plotësojnë vetitë specifike fizike dhe kimike, por edhe të rrisin biohistocompatibility.

Kjo seri avantazhesh mund të kapërcejë në mënyrë efektive problemet e zakonshme të mbrojtjes nga stresi dhe aktivitetit të ulët biologjik të implanteve. Aktualisht, lidhjet e titanit të printimit 3D më të përdorura dhe më të përdorura janë teknologjia SLM dhe teknologjia EBM.

Shkrirja e lazerit selektiv (SLM) përdor lazerin si një burim nxehtësie për të rrezatuar në mënyrë selektive materialet pluhur të parashtruara për të arritur formimin e shpejtë të shkrirjes. Parimi kryesor i punës është që nën mjedisin e mbrojtjes së gazit inert, instrumenti dhe pajisja kontrollojnë rrezen lazer sipas rrugës së skanimit të mbushjes të krijuar nga mënyra e projektimit të sistemit për të zgjedhur dhe shkrirë çdo shtresë pluhuri.

Pastaj platforma zhvendoset poshtë, vendoset përsëri pluhur dhe sinterimi përsëritet derisa të formohet e gjithë forma. Mbrojtja e gazit inert parandalon që metali të reagojë me gazrat e tjerë në temperatura të larta. Teknologjia SLM është një gamë shumë e gjerë e materialeve formuese, kursim material dhe i riciklueshëm, nuk ka nevojë të projektohet dhe përgatitet një sistem kompleks mbështetës, kjo seri përparësish e bëjnë teknologjinë SLM të përdoret gjithnjë e më gjerësisht.

Megjithatë, SLM ka gjithashtu disa të meta: për shkak të fuqisë së kufizuar të lazerit dhe këndit të devijimit të galvanometrit të skanimit, diapazoni i madhësisë së pjesëve të përgatitura nga SLM do të jetë i kufizuar; Lazerët me fuqi të lartë dhe pajisjet optike me cilësi të lartë janë të shtrenjta për t'u prodhuar, gjë që rrit në një farë mase barrën ekonomike. Për shkak të përdorimit të materialeve pluhur në teknologjinë SLM, cilësia e sipërfaqes së pjesëve të derdhura mund të jetë problematike, gjë që kërkon përpunimin dytësor të produktit për t'u përdorur për punë të mëvonshme; Defektet e sferoidizimit dhe deformimit mund të ndodhin gjithashtu në procesin e përpunimit, i cili kërkon një hap të mëtejshëm për të optimizuar rreptësisht procedurën e përpunimit Shkrirja e rrezeve të elektroneve, EBM është një proces që përdor rreze elektronike si burim nxehtësie për të shkrirë pluhurin metalik shtresë pas shtrese në mjedisin vakum për prodhimin e aditivëve.

Parimi i tij i punës është: pluhur i veshur paraprakisht, devijimi i rrezes së elektronit me energji të lartë pas fokusimit për të prodhuar energji të lartë në zonën e vogël lokale për të skanuar shtresën e pluhurit për të prodhuar temperaturë të lartë dhe madje edhe shkrirje, përmes skanimit të vazhdueshëm të rrezes elektronike për të prodhuar energji midis shkrirjes dhe ngurtësimit të pishinës së shkrirjes, e lidhur në një shtresë metalike lineare dhe planare.

Pas përfundimit të shtresës aktuale, përsërisni operacionin e shtrimit të pluhurit për të formuar. Në procesin e prodhimit, EBM miraton mjedisin e vërtetë të shkrirjes së ajrit për të siguruar forcën e lartë të materialit dhe për të shmangur oksidimin e aliazhit. Krahasuar me SLM, avantazhet kryesore të EBM janë: gjenerimi efikas i fuqisë së rrezeve elektronike konsumon më pak energji, shpejtësia e prodhimit është e lartë, kështu që fuqia totale aktuale e të gjithë makinës është e lartë; Devijimi i rrezes elektronike nuk ka nevojë të lëvizë pjesën e pajisjes, gjë që përmirëson më tej shpejtësinë e skanimit. Mjedisi i mirë termik siguron qëndrueshmërinë e formës së pjesëve të printuara 3D, siguron vetitë e tij mekanike statike, plotëson kërkesat biologjike dhe pluhuri metalik gjithashtu mund të riciklohet.

Statusi dhe progresi i implanteve kirurgjikale të printuara 3D

Implantet kirurgjikale dhe ortotikët me printim 3D kanë një perspektivë premtuese aplikimi në fushën e osteollogjisë. Tani ka gjithnjë e më shumëMateriale implantuese të printuara 3Dtë tilla si SIDA e dëgjimit, gjymtyrët protetike, udhëzues të personalizuar të kirurgjisë ortopedike, nyje artificiale, veshë të jashtëm artificialë, implante dentare të personalizuara dhe aplikime të tjera në trajtimin e personalizuar klinik. Sipas raporteve, në vitin 2014, studiuesit në Universitetin e Pekinit implantuan me sukses një djalë 12-vjeçar me një shpinë artificiale të personalizuar të printuar 3D me mikro-vrima, që ishte rasti i parë në botë. Në të njëjtin vit, mjekët dhe shkencëtarët i pajisën një vajze 5-vjeçare në Skoci një pëllëmbë protetike të printuar 3D.

Qendra e Specialitetit të Stomatologjisë e Spitalit 411 të Ushtrisë Çlirimtare Popullore përdori me sukses teknologjinë EBM për të personalizuar dhe implantuar një implant aliazh titani mandibular me simulim shumë të personalizuar të anatomisë për një pacient me rezeksion hemimaksilar. Gjatë operacionit, rezeksioni i mandibulës së sëmurë dhe riparimi funksional i individualizuar u krye në një kohë, si dhe mandibula me defekt u riparua dhe rikonstruktua individualisht. Efekti pas operacionit ishte i kënaqshëm. Lethaus B dhe studiues të tjerë përdorën teknologjinë e printimit 3D për të rindërtuar kockat dhe flapat mikrovaskulare në 20 pacientë me rezeksion mandibular, gjë që shkurtoi kohën e operacionit dhe përmirësoi cilësinë e operacionit dhe efekti pas operacionit ishte i mirë. Vitet e fundit, lajme dhe kërkime të ngjashme janë shfaqur në një rrjedhë të pafund, e cila pasqyron plotësisht perspektivat e mira të aplikimit të printimit 3D në fushën mjekësore.

Në anën e produkteve ortopedike, materialet e implanteve kirurgjikale të printuara 3D po lëvizin gradualisht drejt komercializimit dhe tregtimit. Në vitin 2007, kupat e acetabulumit të printuara 3D të bioprintuara me skela me inde të forta të zhvilluara nga kompania italiane Adler Ortho dhe LIma-LTO kaluan certifikimin CE. Produkti i Exactech u miratua nga FDA në vitin 2010. Në vitin 2009, pajisja e shkrirjes së trupit me të gjitha titani e prodhuar nga kompania amerikane AMT duke përdorur printimin 3D kaloi gjithashtu certifikimin CE të BE-së. Në vitin 2013, produkti i parë i implantit të kafkës me bioprintim në Shtetet e Bashkuara u miratua nga FDA, e cila është gjithashtu figura e parë e personalizuar e implantit të kafkës PEEK të printuar 3D në botë.

Mbi këtë bazë, në vitin 2014, Kompania e Oksfordit të Shteteve të Bashkuara mori miratimin e FDA për printimin 3D të produkteve të kockave maksilofaciale (modaliteti 5IOK). Për më tepër, raportohet se në shtator 2015, implanti i printuar në 3D i njeriut - nyja artificiale e hipit e zhvilluar nga Spitali i Tretë i Mjekësisë së Pekinit dhe Beijing Aikang Yicheng Medical Equipment Co., LTD., është regjistruar nga Administrata Shtetërore e Ushqimit dhe Barnave. Lidhja e hipit të printuar 3D ka hyrë në "fazën e prodhimit masiv", që do të thotë se implantet e printimit 3D të Kinës kanë hyrë gjithashtu në fazën e prodhimit.

Teknologjia e printimit 3D ka treguar një rol gjithnjë e më të rëndësishëm në shkencën mjekësore dhe inovacionin e teknologjisë, dhe kërkimi dhe aplikimi i protezave të ndryshme të implanteve të personalizuara, gjymtyrëve protetike, implanteve dentare dhe aspekteve të tjera janë gjithashtu gjithnjë e më të gjera. Pra, vlerësimi i biosigurisë së implanteve të përgatitura nga ky proces i ri kërkon gjithnjë e më shumë vëmendje.

Hulumtimi mbi biosigurinë e titanit të printimit 3D

Siguria e materialeve biomjekësore reflektohet kryesisht në ndërveprimin midis indeve dhe materialeve. Në mënyrë që materialet metalike biomjekësore të përmbushin standardet e pajisjeve të implantuara, duhet të kërkohet që reagimi i shkaktuar nga implantimi në trupin e njeriut të jetë në një nivel të pranueshëm dhe në të njëjtën kohë të mos shkaktojë ndryshime cilësore në strukturën dhe vetitë e materialit. Ndërveprimi midis trupit të njeriut dhe trupit të njeriut reflektohet kryesisht në biokompatibilitetin dhe funksionin e tij biologjik.

Prandaj, pas implantimit në trupin e njeriut, implanti nuk duhet të shkaktojë reaksione të padëshiruara si alergji, inflamacion dhe kimi në qelizat, gjakun dhe organet e njeriut, ose refuzimin e trupave të huaj të njeriut. Në të njëjtën kohë, kërkohet gjithashtu që implantet që duhet të vendosen për një kohë të gjatë duhet të kenë veti të mira statike mekanike, domethënë forcë të mjaftueshme, modul të përshtatshëm elastik, qëndrueshmëri të lartë, rezistencë të mirë ndaj korrozionit dhe qëndrueshmëri të qëndrueshme. Tani implantimi kirurgjik i aliazhit të titanit përdoret gjerësisht në praktikën klinike, dhe hulumtimi i biokompatibilitetit është gjithashtu i pjekur. Prandaj, siguria e pjesëve të aliazhit të titanit që lidhen me printimin 3D fokusohet kryesisht në sigurinë e funksionit të tij biomekanik.

Hulumtimi nëse implanti metalik i printuar 3D është i krahasueshëm me produktet e përgjithshme të implantit të procesit tradicional për sa i përket vetive mekanike, rezistencës ndaj korrozionit dhe biokompatibilitetit, dhe nëse disa nga vetitë mekanike statike të implantit të aliazhit mund të përmbushin aplikimin klinik dhe standardet kombëtare është ende në progres. Është zbuluar se vetitë mekanike të pjesshme statike të implanteve të titanit të printuar 3D mund të plotësojnë nevojat klinike. Mostrat Ti6A14V të përgatitura me teknikën EBM u testuan me testin e tërheqjes direkte dhe testin e presimit izostatik të nxehtë. Rezultatet treguan se forca e mostrave TI6A14V tejkaloi standardin e falsifikimit.

Rezistenca ndaj korrozionit e lidhjes Co-Cr-Mo e përgatitur nga teknologjia SLM është e ngjashme me atë të lidhjes së përgatitur nga procesi tradicional dhe sasia e shpërbërjes së joneve në mjedisin e simuluar të pështymës është më pak printim 3D sesa ai i aliazhit tradicional të procesit. Produkti Ti6A14V i përgatitur nga teknologjia DMLS u zbulua nga kompania EOS të ketë të njëjtat veti mekanike statike dhe rezistencë ndaj lodhjes si farkëtimi tradicional përmes përpunimit të arsyeshëm pas. Pajisja poroze e shkrirjes së rruazave të aliazhit të titanit e përgatitur nga EBM u implantua në trupin e dhisë dhe arriti rezultate të mira në modelin e shkrirjes cervikale të deleve. Ndërfaqja e materialit kockor ishte më e mirë se pajisja e shkrirjes PEEK.

Klinikisht, moduli i elasticitetit dhe vetitë e tjera mekanike të aliazhit të titanit nuk përputhen me vetitë e kockës së njeriut, gjë që do të çojë në fenomenin e "mbrojtjes nga stresi" në indin kockor periferik të implantit dhe do të shkaktojë osteoporozë, duke rezultuar në thithjen e kockës, lirim dhe humbje të implantit dhe dështim. Për të reduktuar këtë problem me implantet e titanit, implantet me strukturë poroze kanë hyrë në sytë e studiuesve. Tani, studimet kanë treguar se printimi 3D mund të rregullojë mikrostrukturën e implanteve me saktësi të lartë për të ndryshuar modulin e tyre elastik dhe vetitë mekanike, në mënyrë që të përputhet me indin kockor të njeriut dhe të përmirësojë më tej funksionet biomekanike në bazë të sigurimit të ngarkesës së përshtatshme fiziologjike.

Struktura e kontrolluar e trupit Ti6AI4V u prodhua nga teknologjia e formimit EBM dhe struktura e brendshme e zbrazëtisë u zbulua se ishte në përputhje me dizajnin teorik nën mikroskopin elektronik të skanimit, i cili arriti kontrollin e saktë të EBM në strukturën e produkteve të printuara 3D. Nëpërmjet testit të performancës mekanike, rezistenca përkatëse në shtypje është 163 MPa dhe moduli elastik është 14 MPa me porozitet 60,1%, që është afër kockës së njeriut. Kultura e qelizave in vitro tregoi gjithashtu përputhshmëri të mirë të qelizave.

Skelat poroze u përgatitën me teknologjinë EBM nëpërmjet optimizimit të parametrave të projektimit dhe u vlerësuan vetitë e tyre mekanike. U zbulua se biomekanika e materialeve poroze të projektuara kishte një shkallë të lartë superioriteti në simulimin e përputhshmërisë së fazës dhe përputhjes së implantimit. Tre lloje titani poroz me 300gm, 600gm dhe 900~tm të përgatitur nga SLM u implantuan në tibinë e lepurit për të hetuar efektin e raportit të poreve në rritjen e kockave. Rezultatet treguan se indi kockor me strukturë poroze 600~m kishte gjatësi dhe biokompatibilitet më të mirë.

Nga pikëpamja e rritjes së kockave, një skelë me porozitet dhe hapje të rregullueshme do të jetë më e favorshme për transmetimin dhe transmetimin e lëndëve ushqyese në trupin e njeriut dhe gjithashtu mund të nxisë aftësinë e rritjes së kockave, të rrisë kombinimin e implanteve dhe shtretërve të kockave dhe të zgjasë jetën e shërbimit të protezës, në mënyrë që të përftohen efekte më të mira mjekësore sesa titani me strukturë solide. Vitet e fundit, aliazhi i titanit me shumë vrima hap pas hapi konsiderohet të jetë materiali më ideal për riparimin dhe zëvendësimin e indeve të forta të reja klinike dhe aplikimi i implanteve të aliazhit të titanit të printuar 3D me struktura të ndryshme mikroskopike ose përmes strukturave ka hapur gjithashtu një fushë të re.