Täze gözleg, titanyň lukmançylyk implantlarynyň ýokary netijelidigini ýüze çykardy

3D titanium çap etmek prosesi

Adaty proses bilen deňeşdirilende, 3D çaphana tehnologiýasynyň şahsylaşdyrylan hirurgiki implant şekillerini öndürmekdäki artykmaçlyklary esasan şularda öz beýanyny tapýar: 3D çap etmegiň erkin emele getiriş aýratynlyklary içerki implantany çalt we takyklaşdyryp biler, adaty uniwersal implant şekiliniň adam bedenine laýyk gelmejekdigini we mehaniki aýratynlyklary adaty meselelere laýyk gelmeýär; Çylşyrymly gurluşlary we gaýtadan işlemek kyn önümleri öndürmekde şahsylaşdyrylan mikro gurluşlar, esasanam gurluşlaryň üsti bilen gözenekli, diňe bir fiziki we himiki aýratynlyklara laýyk gelmän, eýsem biohistokompatisiýany hem güýçlendirip biler.

Bu artykmaçlyklar, stresden goramagyň we implantlaryň pes biologiki işjeňliginiň umumy meselelerini netijeli ýeňip biler. Häzirki wagtda iň köp ulanylýan we giňden ulanylýan 3D çap ediji titanium erginleri SLM tehnologiýasy we EBM tehnologiýasydyr.

Saýlanan lazer eritmesi (SLM) çalt eremegine ýetmek üçin öňünden goýlan poroşok materiallaryny saýlap şöhlelendirmek üçin lazeri ýylylyk çeşmesi hökmünde ulanýar. Esasy iş ýörelgesi, inert gazy goramak gurşawynda, gural we enjamlar, her bir poroşok gatlagyny saýlamak we eritmek üçin ulgam dizaýn re modeiminde döredilen doldurma skaner ýoluna laýyklykda lazer şöhlesine gözegçilik edýär.

Soňra platforma aşak süýşürilýär, poroşok ýene goýulýar we tutuş görnüş emele gelýänçä süzülýär. Inert gazy goramak, metalyň ýokary temperaturada beýleki gazlar bilen täsir etmeginiň öňüni alýar. SLM tehnologiýasy emele getiriji materiallaryň örän giň gerimi, material tygşytlamak we gaýtadan işlemek, çylşyrymly goldaw ulgamyny taslamak we taýýarlamak zerurlygy ýok, bu artykmaçlyklar SLM tehnologiýasyny has giňden ulanýar.

Şeýle-de bolsa, SLM-iň käbir kemçilikleri hem bar: lazer güýjüniň çäkli bolmagy we galvanometriň deflýasiýa burçy sebäpli, SLM tarapyndan taýýarlanan bölekleriň ululygy çäkli bolar; Powerokary kuwwatly lazerler we ýokary hilli optiki enjamlar öndürmek üçin gymmat, bu ykdysady ýükleri belli bir derejede ýokarlandyrýar. SLM tehnologiýasynda poroşok materiallarynyň ulanylmagy sebäpli, galypdan ýasalan bölekleriň üstki hili problemaly bolup biler, bu önümiň soňraky işlerde ulanylmagy üçin ikinji derejeli gaýtadan işlenilmegini talap edýär; Sferoidizasiýa we siňdiriş kemçilikleri gaýtadan işlemek prosesinde hem bolup biler, bu bolsa gaýtadan işlemek prosedurasyny berk optimizirlemek üçin ýene bir ädim talap edýär Elektron şöhlesiniň eremegi, EBM goşmaça önümçilik üçin wakuum gurşawynda metal tozan gatlagyny eritmek üçin elektron şöhlesini ýylylyk çeşmesi hökmünde ulanýan amaldyr.

Işleýiş ýörelgesi: öňünden örtülen poroşok, ýokary temperatura öndürmek we hatda eremek üçin tozan gatlagyny skanirlemek üçin ýerli kiçijik meýdanda ýokary energiýa öndürmäge ünsi jemläninden soň, çyzykly we planar metal gatlagyna birikdirilen eriş howuzynyň birleşmegi we gatylaşmagy arasynda energiýa öndürmek üçin elektron şöhlesini yzygiderli gözlemek arkaly.

Häzirki gatlagy gutaranyňyzdan soň, poroşok goýmak amalyny gaýtalaň. Önümçilik prosesinde, EBM materialyň ýokary güýjüni üpjün etmek we garyndynyň okislenmeginiň öňüni almak üçin hakyky howanyň ereýän gurşawyny kabul edýär. SLM bilen deňeşdirilende, EBM-iň esasy artykmaçlyklary şulardyr: elektron şöhle güýjüniň netijeli öndürilmegi az güýji sarp edýär, önümçiligiň tizligi ýokary, şonuň üçin tutuş maşynyň hakyky güýji ýokary bolar; Elektron şöhläniň gaçmagy enjamyň bölegini herekete getirmegiň zerurlygy ýok, bu bolsa skaner tizligini hasam gowulandyrýar. Gowy ýylylyk gurşawy, 3D çap edilen bölekleriň şekiliniň durnuklylygyny üpjün edýär, statiki mehaniki aýratynlyklaryny üpjün edýär, biologiki talaplara laýyk gelýär we metal tozy hem gaýtadan ulanylyp bilner.

3D çap edilen hirurgiki implantlaryň ýagdaýy we ösüşi

3D çap etmek bilen hirurgiki implantlar we ortotika osteologiýa pudagynda geljegi uly amaly perspektiwalara eýe. Indi barha köpelýär3D çap edilen implant materiallaryAIDS-i eşitmek, protez agzalary, şahsy ortopediki hirurgiýa gollanmalary, emeli bogunlar, emeli daşky gulaklar, şahsylaşdyrylan diş implantlary we kliniki şahsy bejergide beýleki goşundylar. Habarlara görä, 2014-nji ýylda Pekin uniwersitetiniň gözlegçileri 12 ýaşly bir oglany mikro deşikler bilen şahsylaşdyrylan 3D çap edilen emeli oňurga bilen üstünlikli ýerleşdirdiler, bu dünýäde ilkinji waka boldy. Şol ýyl lukmanlar we alymlar Şotlandiýada 5 ýaşly bir gyzy 3D çap edilen protez palma bilen enjamlaşdyrdylar.

Halk azat ediş goşunynyň 411-nji hassahanasynyň Stomatologiýa hünär merkezi, gemaksillary rezeksiýa hassasy üçin anatomiýanyň ýokary şahsylaşdyrylan simulýasiýasy bilen mandibular titanium garyndy implantasyny gurnamak we ýerleşdirmek üçin EBM tehnologiýasyny üstünlikli ulandy. Operasiýa wagtynda näsag mandible we indiwidual funksional abatlaýyş rezeksiýasy bir wagtyň özünde tamamlandy we kemçilikli mandible aýratynlykda bejerildi we täzeden guruldy. Operasiýadan soňky täsir kanagatlanarly boldy. Lethaus B we beýleki gözlegçiler, mandibulýar rezeksiýaly 20 näsagda süňk we mikrowaskulýar flaplary täzeden gurmak üçin 3D çap etmek tehnologiýasyny ulandylar, bu bolsa iş wagtyny gysgaltdy we operasiýa hilini ýokarlandyrdy, operasiýadan soňky täsiri gowy boldy. Soňky ýyllarda şuňa meňzeş habarlar we gözlegler tükeniksiz akymda ýüze çykdy, bu lukmançylyk pudagynda 3D çap etmegiň oňat ulanylyş perspektiwalaryny doly görkezýär.

Ortopediki önümleriň tarapynda 3D çap edilen hirurgiki implant materiallary hem kem-kemden täjirleşdirme we bazara tarap hereket edýär. 2007-nji ýylda italýan kompaniýasy Adler Ortho we LIma-LTO tarapyndan işlenip düzülen gaty dokuma skaflary bilen bioprint 3D çap edilen asetabulum käseleri CE şahadatnamasyndan geçdi. “Exactech” -iň önümi 2010-njy ýylda FDA tarapyndan tassyklandy. 2009-njy ýylda Amerikan AMT kompaniýasy tarapyndan 3D çap etmek arkaly öndürilen ähli titanium beden birleşdiriş enjamy hem CEB CE şahadatnamasyndan geçdi. 2013-nji ýylda ABŞ-da ilkinji bioprint kellesi implant önümi FDA tarapyndan tassyklandy, bu hem dünýäde ilkinji şahsylaşdyrylan 3D çap edilen PEEK kellesi implant şekili.

Şol esasda, 2014-nji ýylda Amerikanyň Birleşen Ştatlarynyň Oksford kompaniýasy 3D çap etmek üçin maxillofacial süňk önümleri (5IOK rejimi) üçin FDA tassyklamasyny aldy. Mundan başga-da, 2015-nji ýylyň sentýabr aýynda Pekin Medisinasynyň we Pekin Aikang Yicheng Medisina Enjamlary Co. 3D çap edilen hip bogun "köpçülikleýin önümçilik tapgyryna" girdi, bu bolsa Hytaýyň 3D çap ediji enjamlarynyň hem önümçilik tapgyryna gadam basandygyny aňladýar.

3D çaphana tehnologiýasy lukmançylyk ylmynda we tehnologiýa innowasiýalarynda barha möhüm rol oýnady we dürli şahsylaşdyrylan implant protezlerini, protez agzalaryny, diş implantlaryny we beýleki taraplary gözlemek we ulanmak hem has giňdir. Şeýlelik bilen, bu täze proses tarapyndan taýýarlanan implantlaryň biosfera howpsuzlygyna baha bermek has köp ünsi talap edýär.

3D çap ediji titanyň biosfera howpsuzlygy boýunça gözleg

Biomedikal materiallaryň howpsuzlygy esasan dokumalar bilen materiallaryň özara täsirinde öz beýanyny tapýar. Biomedikal metal materiallaryň oturdylan enjamlaryň ülňülerine laýyk gelmegi üçin adam bedenine implantasiýa sebäpli ýüze çykýan reaksiýanyň kabul ederlikli derejede bolmagy we şol bir wagtyň özünde materialyň gurluşynda we häsiýetlerinde hil üýtgemelerini döredip bilmez. Adam bedeni bilen adam bedeniniň özara täsiri, esasan, biokompatibiliginde we biologiki funksiýasynda öz beýanyny tapýar.

Şonuň üçin, implantasiýa adam bedenine implantasiýa edilenden soň, adam öýjüklerinde, ganlarynda we organlarynda allergiýa, çişme we himiýa ýa-da adam keseki bedenleriniň ret edilmegi ýaly ýaramaz täsirleri döretmeli däldir. Şol bir wagtyň özünde, uzak wagtlap oturdylmaly implantlaryň gowy statiki mehaniki häsiýetlere eýe bolmagy, ýagny ýeterlik güýç, degişli elastik modul, ýokary durnuklylyk, gowy poslama garşylyk we çydamlylyk bolmalydyr. Indi titanium ergininiň hirurgiki implantasiýasy kliniki tejribede giňden ulanylýar we biokompatisiýa gözlegleri hem kämildir. Şonuň üçin 3D çap etmek bilen baglanyşykly titanium garyndy bölekleriniň howpsuzlygy esasan biomehaniki işiniň howpsuzlygyna gönükdirilýär.

3D çap edilen metal implantany mehaniki häsiýetleri, poslama garşylyk we biokompatisiýa taýdan adaty prosesiň umumy implant önümleri bilen deňeşdirip boljakdygy ýa-da garyndy implantasynyň käbir statiki mehaniki häsiýetleriniň kliniki ulanyşa we milli ülňülere laýyk bolup biljekdigi baradaky gözleg henizem dowam edýär. 3D çap edilen titanium implantlarynyň bölekleýin statiki mehaniki häsiýetleriniň kliniki zerurlyklary kanagatlandyryp biljekdigi ýüze çykaryldy. EBM usuly bilen taýýarlanan Ti6A14V nusgalary göni dartyş synagy we gyzgyn izostatiki basyş synagy bilen synag edildi. Netijeler, TI6A14V nusgalarynyň berkliginiň ýasama standartdan ýokarydygyny görkezdi.

SLM tehnologiýasy tarapyndan taýýarlanan Co-Cr-Mo garyndysynyň poslama garşylygy, adaty proses tarapyndan taýýarlanan garyndysyna meňzeýär we simulirlenen tüýkülik gurşawynda ion eritmesiniň mukdary adaty proses garyndysyna garanyňda 3D çapdan az bolýar. DMLS tehnologiýasy tarapyndan taýýarlanan Ti6A14V önümi, EOS kompaniýasy tarapyndan statiki mehaniki häsiýetlere we ýadawlyga garşy durnukly post-gaýtadan işlemek arkaly adaty ýasama ýaly tapyldy. EBM tarapyndan taýýarlanan gözenekli titanium erginli oňurgaly birleşme enjamy geçiniň bedenine ornaşdyryldy we goýunlaryň ýatgysynyň birleşmeginiň modelinde gowy netijeleri gazandy. Süňk-material interfeýsi PEEK birleşdirme enjamyndan has gowydy.

Kliniki taýdan titanyň ergininiň elastik moduly we beýleki mehaniki aýratynlyklary adam süňküniň häsiýetlerine laýyk gelmeýär, bu implantanyň periferiýa süňk dokumalarynda "stres goragy" hadysasyna sebäp bolup, süňkleriň siňdirilmegine, gowşamagynyň we implantasynyň ýitmegine sebäp bolýar. Titan implantlary bilen bu meseläni azaltmak üçin gözenekli gurluş implantlary gözlegçileriň gözüne girdi. Indi geçirilen gözlegler, 3D çap etmegiň, elastik modulyny we mehaniki häsiýetlerini üýtgetmek üçin, implantlaryň mikrostrukturasyny sazlap biljekdigini, adamyň süňk dokumalaryna laýyk gelmegini we degişli fiziologiki ýüküň esasynda biomehaniki funksiýalary hasam gowulandyryp biljekdigini görkezdi.

Ti6AI4V korpusynyň dolandyrylýan gurluşy EBM emele getirýän tehnologiýa tarapyndan öndürildi we içerki boşluk gurluşy, 3D çap edilen önümleriň gurluşynda EBM-ni takyk gözegçilikde saklaýan elektron mikroskopiýa skaneriniň nazary dizaýnyna laýyk gelýändigi anyklandy. Mehaniki öndürijilik synagy arkaly degişli gysyş güýji 163MPa, elastik modul bolsa adam süňküne ýakyn bolan 60.1% gözenek gözenekinde 14MPa. In vitro öýjük medeniýeti hem öýjükleriň oňat sazlaşygyny görkezdi.

Gözenekli skaflar dizaýn parametrlerini optimizasiýa etmek arkaly EBM tehnologiýasy tarapyndan taýýarlandy we olaryň mehaniki aýratynlyklary bahalandyryldy. Taslanan gözenekli materiallaryň biomehanikasynyň faza laýyklygyny we implantasiýa gabat gelişini simulýasiýa etmekde ýokary derejä eýe bolandygy ýüze çykaryldy. SLM tarapyndan taýýarlanan 300gm, 600gm we 900 ~ tm gözenekli titanyň üç görnüşi, gözenegiň gatnaşygynyň süňkleriň ösmegine täsirini öwrenmek üçin towşan tibiýasyna ýerleşdirildi. Netijeler 600 ~ m gözenekli gurluşly süňk dokumasynyň has uzynlygynyň we biokompatisiýasynyň bardygyny görkezdi.

Süňkleriň ösmegi nukdaýnazaryndan, sazlanyp bilinýän gözenekli we dykyzlygy bolan bir skaf, adam bedeninde ýokumly maddalaryň ýaýramagyna we ýaýramagyna has amatly bolar, şeýle hem süňkleriň ösmegine, implantlaryň we süňk düşekleriniň birleşmesini ýokarlandyryp, proteziň hyzmat ediş möhletini uzaldyp biler, şeýle hem berk gurluş titanium ergininden has gowy lukmançylyk täsirini alar. Soňky ýyllarda köp deşikli titanium erginleri ädimme-ädim iň täze kliniki täze gaty dokumalary bejermek we çalyşmak üçin materiallar hasaplanýar we dürli mikroskopiki gurluşlar ýa-da gurluşlar arkaly 3D çap edilen titanium garyndy implantlaryny ulanmak hem täze bir meýdan açdy.