DELFT 研發 3D打印多孔鐵可生物降解的骨植入物

Delft University of Technolog 的工程師團隊已經使用基於擠壓的 3D打印來製造由多孔鐵製成的臨時性骨植入物。

就像鎂或鋅一樣，多孔鐵是可生物降解的，這意味著它具有巨大的潛力，可以作為臨時的骨替代物，隨著新的骨骼再生長而降解。通過重新吸收到體內，臨時植入物可減輕長期發炎的風險，長期發炎通常與金屬（如鈦）製成的永久性骨植入物有關。

多孔鐵3D打印臨時性骨植入物研究

該研究的主要作者Amir A. Zadpoor指出：“與用於骨植入物的其他可生物降解金屬或聚合物相比，鐵具有較高的機械強度，從而可以設計和製造用於治療關鍵性骨的多孔結構。缺陷。”

不太可能的技術選擇

乍一看，這似乎對使用鐵進行3D打印可生物吸收的骨植入物非常有意義。這種金屬被人體用來輸送氧氣，它加速某些酶反應，在免疫反應中起主要作用，並且是骨骼再生的關鍵成分。

當查看鐵的最常見形式即散裝（緻密）鐵時，就會出現此問題。與多孔鐵不同，散裝鐵由於其相對較小的表面積而具有非常低的生物降解率。不幸的是，以前用粉末床融合等技術對多孔骨支架進行3D打印的嘗試受到了限制，主要涉及可及性，成本或孔隙率控制。儘管基於擠出的3D打印可以克服其中的一些障礙，但它通常是不適合最終用途醫療產品的低質量零件的代名詞。

因此，代爾夫特團隊選擇嘗試他們自己專用的基於擠壓的設置。Zadpoor補充說：“我們希望驗證採用基於擠壓的3D打印來製造多孔鐵的可行性，並探索解決散裝鐵的基本問題的潛力，散裝鐵具有非常低的生物降解率，同時還能保持其他重要特性（例如結構完整性）和骨骼癒合期間的機械性能。”

每28天7％

該團隊的方法涉及將聚合物溶劑與鐵微粒注入，以形成複合油墨。一旦支架結構被印刷，就將它們加熱以燃燒掉聚合物，從而留下鐵。然後將剩餘的鐵結構進一步熱處理以將其燒結成多孔固體。

Zadpoor和他的同事將他們印刷的多孔支架浸入經過特殊配製的模擬體液中，並確定了很高的生物降解率-鐵每28天損失7％的質量。研究小組還發現腐蝕發生在植入物周圍甚至內部，但是它們的機械性能仍然與人體骨骼保持一致。

Zadpoor說：“我們已經證實，基於擠壓的3D打印技術可以提供具有增強的生物降解性和仿骨機械性能的多孔鐵支架，從而有可能用作骨替代物。”

研究的下一階段涉及測試基於擠出的3D打印是否具有其他更高級的與植入物相關的功能。這涉及注入納米生物陶瓷以促進骨骼生長，甚至注入抗菌劑以減輕手術後感染的風險。

儘管鈦在很大程度上被認為是植入骨的首選金屬，但增材製造研究人員正在不斷證明其他材料對於該應用的適用性。去年下半年，斯科爾科沃科技學院的科學家開發了一種3D打印個性化陶瓷製成的骨植入物的新方法。與Delft植入物非常相似，Skolkovo植入物具有大孔，使它們能夠更好地與有機組織融合。

在其他地方，研究人員先前已經開發出了基於納米粘土的3D生物打印支架，用於輔助骨骼再生。向置換骨的支架中註入人骨髓基質細胞和人臍靜脈內皮細胞，進一步促進了骨的生長。