Himed研究證實(shí)3D打印鈦植入物中后處理的重要性

對(duì)于 3D 打印的鈦和鈦合金醫(yī)療植入物,，表面優(yōu)化不僅僅是一種增強(qiáng),，而且是絕對(duì)必要的,。Himed是一家生物陶瓷涂層和 3D 打印生物陶瓷材料專家（也是Lithoz 在生物陶瓷 3D 打印方面的合作伙伴），公司已經(jīng)證明精心設(shè)計(jì)的表面形貌對(duì)于成功的骨整合至關(guān)重要,，可使新骨牢固地錨定在植入物上,。特別是,，通過Himed公司的專有 MATRIX MCD 技術(shù)進(jìn)行磷灰石噴砂后處理，能夠?qū)崿F(xiàn)骨科鈦植入物的卓越服役性能,。

科學(xué)研究證實(shí),，優(yōu)化的表面紋理可改善骨粘附性并促進(jìn)更強(qiáng)的組織整合。無論是通過減材加工還是增材制造,，后處理對(duì)于消除表面不規(guī)則性和提高生物相容性都至關(guān)重要,。

對(duì)于 3D 打印植入物，后處理在去除殘留鈦顆粒（增材制造過程中產(chǎn)生的微小副產(chǎn)品）方面起著至關(guān)重要的作用,。如果不加以處理,，這些微粒將帶來重大風(fēng)險(xiǎn)，可能在滅菌,、包裝甚至植入后脫落,，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的并發(fā)癥。

△增加增材制造的 Ti64 脊柱間隔器的 SEM 放大倍數(shù)表明殘留珠子之間存在尺度差異,。所有圖片均歸 Himed, LLC 所有

3D 打印鈦植入物中的殘留顆粒

高分辨率成像,，尤其是掃描電子顯微鏡 (SEM) 揭示，鈦顆粒經(jīng)常嵌入 3D 打印的 Ti64 脊柱間隔器的復(fù)雜表面和腔體中,。這些殘留顆粒需要精確去除,，以防止?jié)撛诘呐R床風(fēng)險(xiǎn)。此外,，與構(gòu)建平臺(tái)的接觸點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致表面不規(guī)則,，因此必須進(jìn)行修整，以確保光滑一致的紋理,。

雖然鈦本身具有生物相容性,，但脫落的鈦碎片的長(zhǎng)期生理影響仍不確定。為了保持醫(yī)療植入物的結(jié)構(gòu)和生物完整性,，后處理必須有效消除這些殘留顆粒,，同時(shí)防止引入新的污染物。在各種后處理技術(shù)中,，只有一種方法能夠始終如一地實(shí)現(xiàn)完全凈化,，而不會(huì)損害鈦基材。

常見的后處理技術(shù)

氧化鋁 (Al₃) 噴砂以氧化鋁 (礬土) 為基礎(chǔ),，其莫氏硬度為 9,，由于其硬度極高，是一種廣泛使用的磨料,。它能有效去除殘留的鈦珠，細(xì)化植入物的表面,。然而,，由于其易碎的特性,，氧化鋁碎片在撞擊時(shí)會(huì)將微小顆粒嵌入較軟的鈦表面。這些內(nèi)含物非常成問題,，因?yàn)榧词菇?jīng)過酸處理,，它們?nèi)詴?huì)滯留在金屬中，幾乎不可能完全去除,。

△3D 打印的 Ti64 脊柱間隔器在用氧化鋁砂粒噴砂后的 SEM 圖像,。請(qǐng)注意整個(gè)表面上的深色區(qū)域 - 這些區(qū)域代表在應(yīng)用過程中嵌入 Ti 表面的磨料。所有圖片均歸 Himed, LLC 所有

研究表明,，氧化鋁污染會(huì)改變植入物的元素組成,，植入后嵌入的顆粒可能會(huì)脫落,，從而引起生物相容性問題,。SEM 成像證實(shí)了鈦表面深處嵌入了氧化鋁顆粒。同時(shí),，能量色散 X 射線光譜 (EDX) 進(jìn)一步驗(yàn)證了鋁污染的持久性,，限制了這種方法用于醫(yī)療植入物后處理的可靠性。

玻璃珠噴砂可減少鋁顆粒污染,，從而成為氧化鋁的替代品,。玻璃珠的莫氏硬度為 5.5，具有足夠的侵蝕性,，可以去除表面不一致性,，同時(shí)比氧化鋁更溫和。然而,，與氧化鋁一樣,，玻璃珠在撞擊時(shí)容易破裂，從而在鈦表面內(nèi)留下微小的含硅殘留物,。

雖然這種技術(shù)減少了與鋁有關(guān)的污染,，但它帶來了另一個(gè)問題——硅碎片。EDX 分析表明,，硅殘留物在處理后仍然存在,，這意味著這種方法不能確保鈦表面完好無損。這些殘留顆粒會(huì)影響植入物的長(zhǎng)期機(jī)械穩(wěn)定性和整體生物相容性,。

最終的后期處理選擇

Himed 稱,，磷灰石噴砂是一種先進(jìn)的后處理技術(shù)。公司專有的 MATRIX MCD 技術(shù)在功效和安全性方面超越了傳統(tǒng)的后處理方法,。這種方法采用由羥基磷灰石和磷酸三鈣組成的磷酸鈣基磨料介質(zhì),，這兩種物質(zhì)天然存在于骨骼成分中。與氧化鋁和玻璃珠噴砂不同,，磷灰石磨料完全可溶,，在 ASTM F86 鈍化后完全溶解,，不會(huì)留下任何外來污染物。

MATRIX MCD方法確保鈦表面不會(huì)嵌入任何殘留顆粒,，從而提供無與倫比的生物相容性,。由此產(chǎn)生的微地形增強(qiáng)了骨整合，為細(xì)胞粘附和骨生長(zhǎng)提供了最佳結(jié)構(gòu),。由于磷灰石磨料具有各種顆粒尺寸,，因此可以對(duì)復(fù)雜的植入物幾何形狀進(jìn)行高精度細(xì)化。此外,，這一過程保持了植入物的結(jié)構(gòu)完整性,，保持了對(duì)機(jī)械可靠性至關(guān)重要的嚴(yán)格尺寸公差。

△SEM 序列展示了 MATRIX MCD 應(yīng)用 <53μm 磷灰石磨料的后鈍化結(jié)果,。顆粒大小會(huì)影響精煉表面的相對(duì)光滑度,，較大的MCD（425–180μm）會(huì)產(chǎn)生較粗糙的表面形貌。所有圖片均歸 Himed, LLC 所有

磷灰石噴砂的莫氏硬度等級(jí)為 5,，可實(shí)現(xiàn)受控且均勻的表面細(xì)化,，根據(jù)加工參數(shù)可實(shí)現(xiàn) 1.0μm 至 3.2μm 之間的表面粗糙度 (Ra)。與氧化鋁和玻璃珠噴砂不同,，噴砂技術(shù)可確保鈍化后的絕對(duì)鈦純度,，使其成為 3D 打印鈦植入物后處理的最佳選擇。

SEM 分析證實(shí),，使用 Himed 的 MATRIX MCD 磷灰石噴砂處理過的植入物呈現(xiàn)出完全紋理且無污染的鈦表面,。與其他后處理技術(shù)不同，這種方法可以去除嵌入的顆粒,，確保最高的純度,。經(jīng)過數(shù)十年的改進(jìn)，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)完善,，可以滿足骨科和牙科植入物制造所需的嚴(yán)格質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),。

對(duì)于醫(yī)療植入物，表面的成分和紋理直接影響安全性和臨床性能,。雖然氧化鋁和玻璃珠噴砂會(huì)引入可能損害植入物完整性的異物殘留物,，但磷灰石噴砂可提供生物相容性、無殘留物的解決方案,。隨著 3D 打印鈦植入物領(lǐng)域的不斷發(fā)展,，選擇最佳的后處理方法仍然是確保其壽命和臨床成功的關(guān)鍵因素。