3D打印正在越來越多地使用生物材料和超材料來應(yīng)用，而現(xiàn)在使用新的超生物材料。來自代爾夫特理工大學(xué)的研究人員開發(fā)出混合材料 - 本質(zhì)上是超材料的生物醫(yī)學(xué)變體 - 促進(jìn)骨骼生長，并有助于延長3D打印髖關(guān)節(jié)植入物的使用壽命。

據(jù)該大學(xué)統(tǒng)計，到2020年，世界各地的髖關(guān)節(jié)假體數(shù)量將達(dá)到每年250萬人，但術(shù)后10年內(nèi)約有10％的假體不能牢固固定，因為目前的技術(shù)不允許這樣做。研究人員將他們的頭顱放在一起，為松動假體開發(fā)一種解決方案，并將其發(fā)現(xiàn)在新的假體中。

這種由3D打印機(jī)和現(xiàn)有生物材料制成的新型植入物將傳統(tǒng)的生物材料與拉丁文的生物材料相結(jié)合。當(dāng)拉伸時，奧氏體垂直于施加的力變得更厚，這意味著它們具有負(fù)的泊松比。這意味著這種新材料可以將3D打印的髖關(guān)節(jié)植入物牢固地固定在遠(yuǎn)處。

TU代爾夫特教授Amir A. Zadpoor解釋說：“采用簡單的幾何形狀設(shè)計并采用鈦金屬印刷而成的增強(qiáng)型元生物材料，顯示出在壓力下膨脹的獨特力學(xué)性能。 “這使得它非常適合與相反的材料一起使用。 當(dāng)有髖關(guān)節(jié)植入物的人走路時，假肢受到各種力量的作用。 如果假體一側(cè)的壓力太大，就會脫離骨頭，這是非常不可取的?！?/span>

3D打印的元生物材料顯示出你在自然界找不到的特性：它們可以顯示出負(fù)熱膨脹，不可見，或者同時具有很強(qiáng)的重量，而且很輕。

Zadpoor和研究小組討論了這些獨特的特性如何在一篇名為“合理設(shè)計的元植入物：拉脹和傳統(tǒng)元生物材料的結(jié)合”的論文中發(fā)展出更好的醫(yī)用植入物的潛力，最近發(fā)表的和Royal 化學(xué)學(xué)會同行評議的雜志Materials Horizons; 合著者包括Helena M. A. Kolken，Shahram Janbaz，Sander M. A. Leeflang，Karel Lietaert，Harrie H. Weinans和Zadpoor。

摘要寫道：“合理設(shè)計的超生物材料呈現(xiàn)出前所未有的機(jī)械，傳質(zhì)和有利于組織再生的生物特性的組合。 在這里，我們介紹合理分布負(fù)值（拉脹）和正泊松比值的混合元生物材料，并用它們來設(shè)計不同于傳統(tǒng)植入物的元植入物在生物力學(xué)負(fù)載下不會從骨頭收回。”

研究小組認(rèn)為，由3D打印的生物材料制成的混合假體，其中一些具有正的泊松比，另一些具有負(fù)的，將比目前的髖植入物更好地固定在體內(nèi)，這將增加其壽命。

Zadpoor說：“這將顯著提高骨生長到混合型生物材料的可能性，使植入物更安全?！?/span>

如代爾夫特教授所說，這種新材料甚至有一天可以用來解決“植入物松動的最重要原因”。

Zadpoor解釋說：“由于假體上工作的非自然力量會減少，塑料顆粒在髖臼杯中磨損的可能性就會減小，從而增加松動的風(fēng)險?！?/span>

為了驗證他們的研究成果，研究小組對新型3D打印混合型生物材料制成的種植體進(jìn)行了垂直壓縮，這種材料被包含人體骨骼力學(xué)特性的特殊泡沫包圍。 壓縮力模擬施加在體內(nèi)的植入物上的應(yīng)力量，并且植入物由于壓力而膨脹，導(dǎo)致植入物兩側(cè)的骨頭受到壓縮。 這種壓縮正好可以改善植入物的長期固定。

萊頓大學(xué)醫(yī)學(xué)中心醫(yī)學(xué)三角教授和整形外科醫(yī)生Rob Nelissen教授說：“髖關(guān)節(jié)植入物領(lǐng)域的創(chuàng)新非常必要，Zadpoor教授的新方法當(dāng)然有可能延長植入物的壽命。 “為了確保病人的安全質(zhì)量，必須從患者的三維測量開始階段性介紹這種植入物?！?/span>

根據(jù)研究論文，這些3D打印的元植入物是新型生物材料在提高植入物壽命方面的首次應(yīng)用。 下一步是臨床試驗，將繼續(xù)與其他學(xué)術(shù)醫(yī)院進(jìn)行研究的TU Delft團(tuán)隊將努力確定這些獨特性能如何幫助創(chuàng)造更好的未來植入物。

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