Himed評(píng)估不同噴砂磨料在3D打印鈦合金植入物后處理中的應(yīng)用

南極熊導(dǎo)讀：隨著基于晶格設(shè)計(jì)的3D打印植入物應(yīng)用的日益廣泛,，去除構(gòu)建殘留物而不影響生物相容性或表面純度的能力,，已成為醫(yī)療器械制造商的關(guān)鍵需求,。

△3D打印Ti64脊柱間隔器經(jīng)氧化鋁砂粒噴砂后的SEM圖像

2025年5月13日,，南極熊獲悉,，專注于鈦表面處理的生物材料公司Himed日發(fā)布了一項(xiàng)新的研究成果,，評(píng)估了不同噴砂方法在3D打印鈦合金植入物后處理中的應(yīng)用,。該研究集中于使用氧化鋁、玻璃微珠和磷灰石磨料對(duì)Ti64脊柱間隔器的后處理效果,，評(píng)估了每種方法在去除殘留構(gòu)建材料的同時(shí),，保持生物相容性表面的能力。

相關(guān)研究背景

隨著增材制造技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,，鈦合金植入物在骨科手術(shù)中的使用日益增多,。然而，3D打印過程中常會(huì)在鈦植入物的表面殘留松散結(jié)合的球形顆粒,，這些顆粒通常會(huì)影響植入物的長期生物相容性和骨整合效果,。為了消除這些殘留的構(gòu)建材料并優(yōu)化表面性能，表面處理技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵,。

Himed公司的研究團(tuán)隊(duì)通過掃描電鏡（SEM）和能量色散X射線光譜（EDX）分析,，比較了三種常見噴砂介質(zhì)的效果——氧化鋁、玻璃微珠和磷灰石,。在使用這些噴砂介質(zhì)對(duì)3D打印Ti64脊柱間隔器進(jìn)行處理后,，結(jié)果表明只有磷灰石磨料能夠在經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的ASTM F86鈍化處理后，留下干凈的鈦表面,。

盡管氧化鋁和玻璃微珠噴砂能夠去除殘留的鈦珠,，但這兩種方法都可能在鈦表面引入新的污染物。氧化鋁的高硬度（9級(jí)莫氏硬度）會(huì)在表面留下難以去除的磨料殘留物,，而玻璃微珠則會(huì)引入硅基顆粒,，這些顆粒在植入物表面難以清除，且會(huì)改變鈦表面的化學(xué)成分,，可能對(duì)長期生物相容性產(chǎn)生負(fù)面影響,。

△噴砂后的SEM圖像

磷灰石磨料的優(yōu)勢與骨整合

與氧化鋁和玻璃珠相比，磷灰石磨料是一種基于磷酸鈣的生物相容性材料,。研究表明，磷灰石磨料不僅有效去除了殘留的3D打印鈦珠,，而且能在后處理過程中保持植入物表面結(jié)構(gòu)的完整性,，不會(huì)引入有害污染物,。這一特點(diǎn)使得磷灰石磨料成為3D打印醫(yī)療植入物后處理的優(yōu)選材料之一。

根據(jù)2019年發(fā)表在《JMIR Biomedical Engineering》期刊上的文獻(xiàn)綜述,，種植體表面的粗糙度對(duì)骨-種植體接觸（BIC）和機(jī)械固定至關(guān)重要,。噴砂和酸蝕技術(shù)能夠通過創(chuàng)建微米和納米級(jí)紋理促進(jìn)成骨細(xì)胞的活動(dòng)，從而提高骨整合效果,。然而,，表面化學(xué)性質(zhì)的不一致性（例如嵌入的噴砂介質(zhì)）可能會(huì)影響植入物的治療效果。因此,，選擇合適的噴砂介質(zhì),，對(duì)確保植入物的生物相容性和長期效果具有重要意義。

△這些圖像顯示了使用MATRIX MCD作為磨料處理后樣品的表面狀態(tài)

3D打印植入物的磨料MATRIX MCD

相關(guān)測試采用了Himed開發(fā)的磷灰石磨料MATRIX MCD,，該磨料由羥基磷灰石和磷酸三鈣組成,，具有完全可溶性且鈍化后不留殘留物。最初開發(fā)用于牙種植體的羥基磷灰石涂層前處理,，目前已廣泛應(yīng)用于3D打印骨科組件,。MATRIX MCD的粒徑小于53微米，能夠深入多孔種植體的內(nèi)部腔體,，賦予內(nèi)外表面均勻的粗糙度,。SEM成像和ASTM F86標(biāo)準(zhǔn)處理結(jié)果顯示，表面未見嵌入污染物,。

Himed表示,，通過調(diào)整顆粒大小、噴砂壓力和噴砂時(shí)間,，可以精確控制表面粗糙度,，研究中的粗糙度范圍為1.0至3.2微米R(shí)a，符合促進(jìn)細(xì)胞粘附和組織整合的目標(biāo)值,。與較硬磨料不同,，磷酸鈣配方能夠在不影響植入物幾何形狀和公差的前提下優(yōu)化表面。EDX掃描顯示,，MATRIX MCD處理后無珠子殘留,，亦無二次污染，原始設(shè)計(jì)特征得以保留,。