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3D打印髖關(guān)節(jié)植入物使用創(chuàng)新混合生物超材料

過去幾年來，3D打印已經(jīng)對假肢和其他醫(yī)療器械的建設(shè)產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，隨著技術(shù)的進(jìn)步，3D打印技術(shù)將會(huì)持續(xù)下去。新材料的開發(fā)應(yīng)該是一個(gè)特別重要的因素，生物材料由于其有機(jī)基礎(chǔ)提供了全方位的優(yōu)勢。TU代爾夫特大學(xué)的一個(gè)研究小組最近創(chuàng)建了新的生物超材料，由于其獨(dú)特的重要特性組合，未來的髖關(guān)節(jié)植入物3D打印顯示了前景。

植入物松動(dòng)是可能影響醫(yī)療裝置的長期有效性的問題之一，特別是對于臀部區(qū)域的裝置。到2020年，全世界髖關(guān)節(jié)假體的數(shù)量預(yù)計(jì)將達(dá)到每年250萬個(gè)，而按照目前的技術(shù)，約10％的假體將在術(shù)后10年內(nèi)不再固定。由Amir Zadpoor領(lǐng)導(dǎo)的TU Delft團(tuán)隊(duì)開始通過3D打印植入物來解決這個(gè)問題，這種植入物將會(huì)更加永久地固定住兩種類型的生物超材料。一個(gè)是傳統(tǒng)的生物超材料，而另一個(gè)是所謂的拉脹生物超材料。

元生物材料是所謂的超材料的生物醫(yī)學(xué)變體，是顯示在自然界中不存在的特征的材料。拉脹變形的特殊之處在于它們具有負(fù)的泊松比，這意味著拉伸時(shí)它們變得更加垂直于施加的力。根據(jù)Zapdoor的說法，“采用簡單的幾何形狀設(shè)計(jì)并采用鈦金屬打印的Auxetic超生物材料，在壓力作用下展現(xiàn)出獨(dú)特的擴(kuò)張力學(xué)性能，這使其非常適合用于與之相反的材料。髖關(guān)節(jié)植入物行走時(shí)，假體會(huì)受到各種力量的作用，假體一側(cè)的壓力太大，可能會(huì)脫離骨頭，這是非常不可取的。

3D打印的混合假體髖關(guān)節(jié)植入物結(jié)合了一種材料，當(dāng)拉伸時(shí)變厚，而變薄。這種雙泊松比組合將提高植入物周圍骨骼生長的機(jī)會(huì)，這意味著它們將被更安全地固定到位。對植入物施加的非自然力也將減小，使得植入物不太可能被侵蝕。

植入物尚未進(jìn)行臨床試驗(yàn)。到目前為止所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)涉及對模擬骨樣材料（具有骨的機(jī)械特性的特殊泡沫）所包圍的植入物的垂直壓縮。該力類似于將施加在人體植入物上的應(yīng)力。由于這種壓力，新的植入物膨脹，導(dǎo)致兩側(cè)的骨周圍受到壓迫。當(dāng)植入物最終用于人體時(shí)，正是這種壓縮將確保改進(jìn)的植入物固定。英國皇家化學(xué)學(xué)會(huì)同行評審雜志“材料地平線”（Materials Horizo??ns）上發(fā)表了一篇名為“合理設(shè)計(jì)的元植入物：拉脹和傳統(tǒng)元生物材料的組合”的論文。

該項(xiàng)目的下一步將是更詳細(xì)地探索材料的屬性，與各個(gè)學(xué)術(shù)醫(yī)院的研究人員密切合作。萊頓大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的醫(yī)學(xué)三角教授和整形外科醫(yī)生Rob Nelissen教授對于代爾夫特理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的潛力充滿熱情：“髖關(guān)節(jié)植入物領(lǐng)域的創(chuàng)新是急需的，而Zadpoor教授的新方法當(dāng)然也有可能延長植入物的壽命“，他說。 “為了確保患者的質(zhì)量安全改善，從患者的3-D測量開始階段性介紹是必要的。”

編譯自：3ders.org