生物陶瓷人工骨傳統(tǒng)制備難點及3D打印的優(yōu)勢
自體骨被譽為骨缺損修復的“黃金標準”，但自體骨由于數量稀缺、多次手術、形狀難以控制等因素，限制了其在骨缺損修復中的應用，而異體骨又面臨著免疫排斥的巨大風險，人工骨無疑成了較為理想的替代品。可用作人工骨的材料包括金屬、高分子、陶瓷等，金屬骨在人體內經過長期腐蝕后析出的金屬離子，給人體的神經系統(tǒng)和內分泌系統(tǒng)帶來嚴重危害，高分子人工骨力學性能較低，易產生的應力松弛和蠕變問題，讓人們把目光轉向了生物陶瓷人工骨。
生物陶瓷人工骨材料特點及傳統(tǒng)制備的難點
生物陶瓷憑借優(yōu)異的生物相容性廣受關注。是繼金屬人工骨之后，較為理想的人工骨缺損修復材料。生物陶瓷材料可以分為三大類；以氧化鋁、氧化鋯為代表的生物惰性陶瓷，以生物活性玻璃、羥基磷灰石為代表的生物活性陶瓷，以磷酸三鈣為代表的生物可降解陶瓷。不同的生物陶瓷有著各自的特點，如氧化鋁陶瓷硬度高，氧化鋯陶瓷韌性大，羥基磷灰石的化學成分與人體骨骼無機部分高度相似等。但陶瓷都有著一個共同的劣勢—脆性大，導致其在傳統(tǒng)加工技術中成本高，難以成形復雜結構體。
傳統(tǒng)人工骨加工
人工骨的傳統(tǒng)制備方法有造孔劑法、注模法、發(fā)泡法等。然而自然骨不僅外觀形態(tài)非常不規(guī)則，人與人之間的自然骨也存在著個體化差異，而且其內部結構也比較復雜，不同部位的密度不一。使用傳統(tǒng)加工方法難以加工出內部的微孔洞結構,產品不一定能滿足個體化患者的需求。因而想要讓人工骨在結構上模仿自然骨，是極具挑戰(zhàn)的。3D打印生物陶瓷人工骨是近年來研究的熱點,最核心的技術優(yōu)勢在于“仿生”。3D打印技術理論上能實現任意形狀的骨結構，與患者的骨缺損部位相符合。為人工骨的個性化、定制化、一體化復雜結構體制備提供了可能，能滿足生物醫(yī)療領域個體化治療的需求。并且通過3D打印的建模及拓撲優(yōu)化，在保證良好的力學性能的同時，有效地控制其內部微孔洞結構的數量、大小及分布,打印出具有與人體骨組織相似的相互連通的微孔洞結構，為細胞、纖維等新生骨組織的長入提供生長空間,加快骨修復過程。
作為國內領先的金屬/陶瓷間接3D打印整體解決方案供應商——升華三維利用基于自主研發(fā)的粉末擠出3D打印技術（PEP）的3D打印設備，實現了具有高強度、高度有序性、孔分布及孔結構高度可控的生物陶瓷人工骨打印。在生物陶瓷3D打印中使用的陶瓷材料是最接近骨骼的合成材料羥基磷灰石、磷酸三鈣等。具有良好的生物相容性、無刺激性、無排異作用。它們在醫(yī)學領域因其骨導特性和患者身體排斥的風險最小而廣為人知。憑借陶瓷3D打印技術的定制化能力，外科醫(yī)生能夠根據患者的骨缺損形態(tài)定制骨組織部件和植入物。由于減少了機械加工，避免了額外的痛苦手術，因此可以預見到3D打印可以減少手術的復雜性，并且改善了植入物的生物學反應并降低成本。
生物陶瓷植入體（樣品來源：升華三維）
升華三維3D打印設備可以控制生物陶瓷人工骨微孔洞的位置和幾何形狀，制件的抗壓強度和孔徑要求滿足作為植入體的要求。三維多孔結構促進成骨細胞的粘附與增殖，允許組織液、細胞、生長因子進入材料內部，有利于新骨組織的長入，產品孔徑均勻，互相連通。
多孔結構設計（樣品來源：升華三維）
隨著制造科學、材料科學、力學、生命科學和再生醫(yī)學等多學科的交叉融合，增材制造生物陶瓷人工骨將會憑借著它獨特的優(yōu)勢迎來臨床應用的曙光。升華三維不僅實現了生物陶瓷的制備和應用，還支持從不銹鋼、銅及銅合金、鎢及鎢合金、鈦及鈦合金、高溫合金、硬質合金難熔金屬等金屬材料，到氧化鋯、氧化鋁、氮化硅、碳化硅等特種陶瓷材料的打印，為3D打印大規(guī)模進入應用市場創(chuàng)造有利的客觀條件。
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