注意！最新醫(yī)用3D打印材料進展都在這里

《3D打印世界》訊/3D打印解剖模型,、導板和植入物將成為未來病人治療尤其是復雜手術中不可或缺的一部分,。根據(jù)美國消費者技術協(xié)會（CTA）和物流巨頭聯(lián)合包裹服務（UPS）公司聯(lián)手發(fā)布的一份報告,，2020年3D打印市場預計將增長到210億美元,，而醫(yī)療設備將在這個增長的市場中占15%的份額。有趣的是,，近日美國食品和藥物管理局（FDA）發(fā)布了針對3D打印醫(yī)療設備的準則草案,，也就意味著3D打印將作為醫(yī)療的一種主流技術的進程已經(jīng)在加速，其中最最關鍵的環(huán)節(jié)便是所用材料是否具有生物相容性以及是否可以通過相關認證許可,，近期《3D打印世界》發(fā)現(xiàn)在這方面已經(jīng)有了一些新的進展,。

guidel!ne：通過FDA認證的高強度醫(yī)用3D打印線材

guidel!ne 是由3D打印線材制造商Taulman3D開發(fā)出一款最新線材，已經(jīng)通過FDA和ISO 10993等級認證,，十分適合用來制造具有生物相容的3D打印醫(yī)療服務產(chǎn)品,，包括手術工具和植入物。

這是一種基于PETG的材料,，具有透明,、高強度的特性。其獨特的熱分布使得它的高溫打印性能優(yōu)異,，在進行高溫打印的時候不會發(fā)生變形,，能保持良好的打印效果,，使用guidel!ne可以輕易地打印出防水部件和空心管,。

另外，因其能承受更高的打印溫度,，所以可以有效地作為醫(yī)用級尼龍的支撐材料,，它能提供足夠的粘附力形成機械支撐，同時也很容易去除,。

guidel!ne線材的規(guī)格如下：

拉伸強度：6850psi（高于他們最強的TECH-G）

斷裂伸長率：5.9,，有281469psi的模量

熱變形溫度：70

軟化溫度：100C

打印溫度：250C

DentalSG：用于牙科的具有生物相容性的3D打印樹脂

Dental SG是由知名光固化（SLA）桌面型3D打印機制造商Formlabs近期推出的首款生物相容性樹脂，專用于牙科,。

Dental SG已經(jīng)經(jīng)過1類材料認證,，牙醫(yī)可以使用DentalSG和該公司的Form 2 3D打印機打印定制化的手術導板、培訓模型、漂白托盤,、牙架,、矯正器等。

通常,，醫(yī)用3D打印常常要求工業(yè)級的設備,，這對大多數(shù)的牙科實驗室和診所來說價格和運營成本難以承受，F(xiàn)ormlabs推出的光固化桌面3D打印機以及通過認證的樹脂材料使得他們在自己的試驗臺上就打印出自己所需的工具,。

可吸收生物陶瓷材料可用于骨骼修復

這是由歐洲的一個研究項目RESTORATION開發(fā)出的可吸收生物陶瓷材料,，可用于三種不同的應用：下頜骨、脊椎和膝蓋,。這材料可以模擬骨骼結構,，而且可以通過設計并3D打印出詳細匹配植入部位的機械要求的植入物。此外,，一些陶瓷還具有生物活性,，這意味著它們可以被人體充分吸收。

目前,，由于已經(jīng)獲得了最終的成果,，該項目現(xiàn)在即將結束。但是一些合作伙伴將利用其成果,，在未來幾年內向市場推出新的技術,。通過進一步的開發(fā)，JRI Orthopaedics可能會在該項目已開發(fā)產(chǎn)品的基礎上做進一步的研發(fā),，創(chuàng)造出一些副產(chǎn)品,，比如可以用做骨填充的生物陶瓷，和一個用于治療骨骼軟骨缺損的3D打印插頭等,。

據(jù)了解,，這種使用“功能梯度生物陶瓷復合材料”3D打印的插頭（如上圖所示），是專門針對膝關節(jié)的,，可以提供關節(jié)炎的早期干預,。外科醫(yī)生只需要一個微創(chuàng)手術技術，該插頭即可匹配患者骨骼的力學性能,，提供即時的穩(wěn)定性,，而且可以通過細胞、蛋白,、生長因子和藥物強化,。

與此同時，該項目的其它合作伙伴包括Sagetis Biotech開發(fā)出一種聚合物漿料,，而Bionica Tech/COREP開發(fā)的則是一種被稱為Spine-Ghost的骨誘導復合水泥,，這兩種材料都可以用于修復斷裂的椎骨,。此外還有一些技術尚在發(fā)展的早期階段，需要做進一步的研究來達到商業(yè)化,。比如一種全新的頜面骨折固定板的設計,，以及可以用于軟骨修復的可注射材料等。

生物玻璃：替代軟骨的3D打印應用

倫敦帝國學院（Imperial College London）和Milano-Bicocca大學的研究人員們已經(jīng)開發(fā)出一種生物玻璃材料可以模擬真正軟骨組織的減震和承重性,。它可以通過特定的配方來表現(xiàn)出不同的特性,。

科學家們希望能夠用它來開發(fā)植入物以取代椎骨之間受損的軟骨盤。軟骨是位于關節(jié)和脊椎之間的一種柔軟的締結組織,，這種組織受到損傷之后很難修復,。科學家們相信,，它也有可能刺激軟骨的細胞生長,，這在以前是不可能通過傳統(tǒng)的方式實現(xiàn)的。

據(jù)了解,，這種生物玻璃是由硅和一種叫做聚己內酯的聚合物組成的,。它能夠表現(xiàn)出類似軟骨的屬性，包括柔軟,、強韌,、耐久而具彈性。它可以通過一種可生物降解的墨水形式生成,，使得研究人員可以將其3D打印成某種特定的結構以促進軟骨細胞在關節(jié)內的形成和生長,。

可優(yōu)化3D打印骨骼的材料配方

約翰·霍普金斯大學的研究人員4月18日在線發(fā)表在《ACS Biomaterials Science & Engineering》雜志上的一篇論文，論文稱,，每年都會有大約20萬人因為出生缺陷,、創(chuàng)傷或手術原因需要更換頭部或者臉部的骨骼。迄今為止,，最好的治療方案是從病人不承擔身體重量的腓骨上取下一段骨頭,，然后把它切成所需的形狀然后植入正確的位置。但是該校醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系副教授Warren Grayson博士認為,，這種方法不僅會造成腿部創(chuàng)傷,，而且由于腓骨相對比較直，難以跟臉部的曲線擬合得特別好,。

為此,，Grayson和他的團隊希望找到一種復合材料來3D打印骨骼支架,，這種材料要能夠將塑料的強度和可打印性與天然骨里存在的生物“信息”結合起來,。最終科學家將聚己內酯（PCL）——一種可降解聚酯與骨粉混合在一起，這種骨粉是將牛膝蓋骨內部的多孔骨骼剝離細胞之后粉碎制成的,，結果表明,，骨粉含量為30%和70%的混合物表現(xiàn)出色。

為了研究該支架是否能夠刺激骨骼形成，研究人員通過吸脂術為支架添加人類脂肪源性干細胞,，并將支架浸在缺乏親骨成分的營養(yǎng)培養(yǎng)基中,。三周之后，在含有70%粉骨的支架上的細胞的基因活性比純PCL支架上生長的細胞高出幾百倍,，而在含有30%的骨粉的支架上的細胞的基因活性也很高,。

雖然"脫細胞"的牛骨已經(jīng)被FDA批準可用于臨床使用，研究人員們說,，在今后的研究中,，他們希望能測試人類骨粉，因為后者的臨床應用更為廣泛,。

研究人員使用鈦鉭合金改進3D打印植入物的應力吸收

由于其出色的物理性能和抗感染性,，鈦合金是制造諸如膝關節(jié)/髖關節(jié)植入物這樣的骨科裝置的首要選擇。日前,，來自新加坡科技研究局（A*STAR）的一個研究團隊發(fā)現(xiàn)使用具有有趣屬性的鈦,、鉭粉末可以3D打印出具有更好的應力吸收能力的定制植入物。

理論上說,，鈦,、鉭元素組成的合金是絕對沒有問題的，因為這兩種金屬都擁有生物相容性,，而且其機械屬性要優(yōu)于純鈦,。但是鉭金屬的熔點非常高（超過3000攝氏度），這就意味著將鈦金屬變成可用于SLM技術的球形金屬粉末在經(jīng)濟上基本不可行,。而市場上常見的鉭粉通常是通過氣體霧化形成的長條形粗糙微粒,。

為了克服這一問題，研究團隊將這種粗糙的鉭金屬粉與另外一種市場上現(xiàn)成的微球形鈦金屬粉末混合在一起,。在將這兩種材料混合半天之后,，他們觀察到這種混合物可以鋪設得更加均勻，更便于SLM技術使用,。顯微鏡實驗揭示在混合之后鈦金屬的球形形狀仍然保留,，這是該混合物可成功用于3D打印的關鍵。

研究人員預計,，這種鈦鉭合金將能夠減輕“應力遮擋”效應,，所謂的“應力遮擋”效應是指植入物的硬度過高導致其鄰近的骨骼得不到足夠的力學刺激而導致骨質疏松的現(xiàn)象。

此文為《3D打印世界》原創(chuàng),，歡迎轉載,，并請注明來源（轉載自《3D打印世界》）

  

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