陶瓷3D打印制备骨植入物的应用前景

来源： 武汉三维陶瓷 3DCERAM

据研究表明，生物活性陶瓷与人体骨元素更为接近，能在特定生理条件下释放生物活性成分并与天然骨发生生化反应。其中，羟基磷灰石（HA）和磷酸三钙（β-TCP）因与天然骨成分高度一致被认为是一种合适的修复材料，这在骨科移植手术中具有重要意义，已在相关领域得到广泛研究和临床应用。传统方法制备的生物陶瓷多孔支架存在孔径和孔隙率不均匀等问题，而 3D 打印可实现高度定制化的支架形状，近年来在生物材料制备中引起广泛关注。

武汉三维陶瓷科技有限公司也积极参与此方面研究，2022年与武汉理工大学戴红莲教授一同参与了国家重点研发计划相关内容，为多材料陶瓷构件设计制造提供科学支持，促进高端陶瓷增材制造装备的创新发展与转型升级。戴红莲教授团队通过优化打印工艺和结构设计，利用SLA陶瓷打印技术开发出了具有高强度和优异生物学性能的大尺寸HA复合支架。报道研究了激光功率、光斑间距和扫描速率对HA浆料固化行为的影响，通过 SLA 制造了不同体积比的致密外壳 / 多孔核心结构以满足承重部位的高机械强度要求，并基于建模算法探索了不同微通道结构单元对血管化的影响。总之，通过优化工艺和结构设计，利用 SLA 陶瓷打印技术开发出了具有高强度和优异生物学性能的HA复合支架。

全文详见：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.12.010

同年西安交通大学贺西京团队进行了一项研究，相比较传统的方法生产出的陶瓷生物支架可控性等方面较差，发现使用3D打印技术（3DCeram C900 3D打印机）生产的生物支架可控性较高。该项研究使用的是一种常见的生物陶瓷——β- 磷酸三钙（β-TCP），其具有与人体骨骼相似的无机成分；其研究中，采用立体光刻技术（SLA）生产β-TCP生物陶瓷，并以ZrO₂、Al₂O₃、Ti6Al4V 和聚醚醚酮（PEEK）作为对照。研究结果显示在 β-TCP 的制造过程中，未发现明显的杂质物质和溶血毒性。β-TCP 上的细胞形态良好，其增殖能力与 Ti6Al4V 相似，高于其他材料。β-TCP 上的细胞 ALP 水平高于 PEEK。β-TCP上的矿化程度明显更高。β-TCP 上成骨相关基因的表达与Ti6Al4V 相似，高于其他材料。结论表明通过立体光刻技术（SLA）生产的 β-TCP 无毒、精度高、骨整合能力优异，是骨植入的良好选择。

全文详见https://doi.org/10.1515/biol-2022-0530

现如今骨移植是全球仅次于输血的第二大手术，这表明人们对骨的潜在治疗选择寄予越来越高的期望，3D打印是使用陶瓷及其复合材料创建定制骨植入物的最先进制造技术之一。开发能够精确重现骨骼机械性能和其他生物学功能的骨支架仍然是一个重大挑战，在迎接挑战的路上武汉三维陶瓷科技有限公司愿与您共同前行，让我们共同期待 3D 打印陶瓷骨植入物为医疗领域带来更多的惊喜！