种植体与牙槽骨外层一体式种植牙中的3D打印“智慧”

口腔种植体已广泛应用于牙列缺损和牙列缺失的修复，以帮助人们恢复美观和牙齿的功能。在口腔种植领域中，纯钛金属(或钛合金)因其良好的生物相容性，力学性能和抗腐蚀性能，而广泛应用在种植牙的生产中。3d打印在几年也普遍用于口腔医疗，南极熊觉得，一旦克服了技术障碍，在未来几十年内，3D打印技术在牙科领域将成为一项标准技术。

选择性激光熔化（SLM）3D打印技术逐渐被应用在钛或钛合金种植牙的制造中。与原有的种植牙制造方式相比，3D打印技术有哪些特殊优势？这些优势是否有利于提升国产种植牙的质量？

原有制造方法
通过喷砂、酸蚀等方式制造仿生骨组织孔隙结构
在口腔种植领域中，纯钛金属(或合金)因其良好的生物相容性，力学性能和抗腐蚀性能，而得到广泛应用。但是，存在的问题是钛种植体多为全致密型，其弹性模量是天然骨质的十多倍，力学相容性差，因此在植入后与骨组织界面产生应力集中和应力遮挡，降低种植体的成功率和远期寿命。那么，比较常见的提升种植成功率和寿命的方法是什么呢？

当前的种植体制造方式通过物理结构改变和化学组成这两个方面模拟天然骨组织结构，从而提高种植体表面的生物相容性，但是与天然骨组织的三维孔隙结构结构仍有较大区别。物理结构处理方式，例如对种植体进行喷砂、酸蚀处理虽可较好地增加种植体表面粗糙度，但形成的粗糙表面形态往往不规则，表面应力分布不均。如果加工过程中的残留微粒在牙种植体植入后释放到周围的人体组织中，将影响种植体的骨结合。此外，如果制备工艺不清洁、不环保，对于加工人员健康也存在危害。

种植体表面超微结构改性的化学方式主要是通过羟基磷灰石这一骨仿生材料促进早期骨整合。羟基磷灰石涂层的制备工艺主要包括等离子喷涂法、溶胶-凝胶法、离子束辅助沉积技术、电化学沉积法、激光法、仿生法等。以等离子喷涂法为例，该方法可以加强种植体和骨的机械结合力并分散种植体与骨界面的应力。但是存在基底表面涂层不均匀和无法加工复杂形状基材的表面涂层等问题，并且在制备中的处于超高温环境下，随后在进行冷却时涂层与基底间残留的界面应力易使涂层松动或剥落，高温也容易使HA分解产生非晶HA等杂相，从而影响涂层的生物性能。

流水线大规模生产
现有种植体大多是流水线生产，形状、尺寸和弹性模量均为固定范围，常用的牙科种植体为螺纹状和柱状结构的单牙根回转型种植体，由于成品种植体与拔牙后的牙槽窝形状和组织结构不一致，如果在拔牙后即刻将种植体进行植入，那么种植体与骨组织间常存在间隙，从而影响创伤的快速愈合。

在这种情况下种植牙手术需要在拔牙之后，医生会做一个种植前手术，包括：软组织成形术、牙槽成形术等。而种植体的植入手术通常要在3-6个月之后才能进行，这种方式一来无法在短时间内恢复患者口腔的美观性，二来将增加骨量流失和制备种植窝过程对骨组织的手术创伤，由于拔牙后未能即刻修复，导致在拔牙窝愈合过程中可能发生颌牙的伸长移位和邻牙的倾斜移位，影响后期修复效果。 此外，治疗周期的延长也会增加患者的痛苦和治疗费用。现有种植体多为进口，缺乏自主知识产权的种植系统，由于费用过高，难以造福广大缺牙患者。

3D打印种植体

种植体本体与牙槽骨外层是一体的
天津医科大学口腔医院采用数字化个性化设计和3D打印技术研发了一种新型种植牙，在该种植牙中种植体本体和仿生牙槽骨组织外层是一体的，仿生人工牙槽骨外层的厚度为0.2-3.0毫米。

个体化设计与制造
制造3D打印一体式种植牙的过程是：获取患者余留牙根和牙槽骨组织结构的医学图像数据，并从获取的医学图像数据中提取出设计仿生牙根组织以及其周围牙槽骨组织外层结构所需要的数据，建立三维模型，对三维数字模型进行格式转化，格式转化后的设计文件传输至3D打印设备进行实体制造。使用的3D打印技术为选择性激光熔化，打印材料为钛合金粉末。

仿生骨组织孔隙结构直接“生长”在种植体表面
3D打印一体式种植牙的优势在于可以根据患者的牙齿缺损情况进行个性化设计，以及直接3D打印出表面的三维多孔结构，免去了喷砂、酸蚀等处理环节。

除此之外，3D打印一体式种植牙还将改善现有牙科植入物所存在的拔牙和种植分期治疗问题，在拔牙后即刻将预先制作的个体化仿生种植体植入拔牙窝，缩短患者治疗周期，第一时间恢复咀嚼和美观，同时有效预防拔牙和种植手术分期进行时所发生的骨量流失、对种植窝的手术创伤、伸长移位和邻牙的倾斜移位等问题，提升种植后的愈合效果。

如果在这种植牙中添加羟基磷灰石等成分或是具有治疗作用的药物，将有望解决患有糖尿病、骨质疏松等全身疾病的患者所容易产生的种植失败问题。

如果这一技术能够有效避免国产种植体流水线生产所带来的难以保证严格的质量监控导致种植体质量不稳定的问题，那么对于国产牙科植入物质量的提升，降低对昂贵进口产品的依赖将具有重要的意义。

参考专利：
个体化仿生的牙种植体及其制作方法
Devices and methods for enhancing bone growth

来源：3d科学谷
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