Poorsete implantaatide 3D-printimine luudefektide raviks on uus läbimurre koetehnoloogia valdkonnas. 3D-printimistehnoloogia abil saab teostada täpset mikropooride disaini selliste füüsikaliste parameetrite põhjal nagu pooride suurus, poorsus, pooride kuju ja implantaadimaterjali pinna topograafia. Seda eelist on raske võrrelda traditsiooniliste luuimplantaatide karkassidega, seega saab toota personaalseid implantaate, millel on ideaalsem biosobivus ja mehaanilised omadused, mis suudavad patsientide vajadusi täielikult rahuldada.
Miks valida titaanisulamist
Titaan ja titaanisulamid on metallimaterjalid, mis hakkasid järk-järgult arenema alles 20. sajandi keskel. Neil on madala tiheduse, kõrge eritugevuse, hea korrosioonikindluse ja hea bioühilduvuse omadused. Neid kasutatakse laialdaselt lennunduses, naftakeemias ning meditsiini- ja tervishoiuvaldkonnas.
Esimene etapp
Titaani kasutamise kohta meditsiinilistes implantaatides teatasid teadlased juba 1940. aastal titaanimplantaatide ja hiire reieluude vahelisest inertsiaalsusest. 1951. aastal kinnitasid mõned teadlased veelgi, et puhtal titaanil on parem biosobivus kui teistel traditsioonilistel implantaadimaterjalidel. Titaanisulamite kõrgete tootmiskulude ja implantaatides kasutatava roostevaba terase küpse turu tõttu on titaanisulamite kasutamine ja arendamine meditsiinivaldkonnas olnud suhteliselt aeglane.
Teine etapp
Alates 1960. aastatest on puhast titaani kasutatud kliinilistes suuõõne uuringutes inimese implantaadina. Tänu paremate omadustega Ti-6Al-4V sulamite väljatöötamisele on titaanisulameid hakatud laialdaselt kasutama meditsiiniliste implantaatide turul.
Probleem, millega me silmitsi seisame
Kuigi Ti-6Al-4V elastsusmoodul on vaid umbes 114 GPa, mis on madalam kui teistel bioloogilistel materjalidel, näiteks roostevabal terasel ja koobalt-kroomi sulamil, on see siiski ühe suuruse võrra kõrgem kui inimese kortikaalsel luul (15–25 GPa) ja käsnluul (0.05–3 GPa). Selline suur erinevus põhjustab nn pingekaitse efekti, mis põhjustab pikaajaliselt luu resorptsiooni implantaadi ümber ja isegi implantaadi libisemist, vähendades luuimplantaadi edukust.
"Pingevarjestuse" efekt viitab bioloogilise implantaadi elastsusmoodulile (>100 GPa) ja retseptorluu elastsusmoodulile.
Samal ajal on kompositsioonis sisalduvatel Al-il, V-l ja muudel elementidel teatav bioloogiline toksilisus. Pikaajaline kasutamine inimkehas põhjustab implantaadi ümbritsevate kudede kahjustusi ja kutsub esile selliseid sümptomeid nagu entsefalopaatia ja aneemia. See ei sobi pikaajaliseks kasutamiseks inimkehas.
Lahus Bioloogiline toksilisus
Viimastel aastatel on teadlased bioloogiliste titaanisulamite valdkonnas välja töötanud Ti-Nb-Ta-Zr sisaldavaid vaigusulameid ja Ti-Nb-Zr-Mo-Sn sisaldavaid TLM-sulameid, millel on mittetoksilisus ja madal elastsusmoodul. Samuti on Ti2448 sulam, mis sisaldab Ti-Nb-Zr-Sn jne, mis kõik sisaldavad Nb, Zr, Mo ja muid elemente ning millel on hea bioühilduvus. Eksperimentaalsed tulemused näitavad, et selliste titaanisulamite bioloogilised omadused, näiteks luukoe soodustamine ja sensibiliseerimine, on paremad kui traditsioonilistes implantaatides kasutatavatel Ti-6Al-4V ja Ti-6Al-7Nb sulamitel.
Pingekaitse
Uuringuandmed näitavad, et poorsete materjalide väljatöötamine võib tõhusalt vähendada elastsusmoodulit, pakkuda füüsilist ruumi luu sissekasvuks ja parandada luu fikseerimist. Luuimplantaatide poorsete materjalide puhul on mõned teadlased teatanud, et poorsust tuleks kontrollida vahemikus 65% kuni 80%. Liigse poorsusega implantaatmaterjalide puhul vähendab poorsus oluliselt materjali survetugevust ja väsimusomadusi, mis vaevalt vastavad materjali tavapärastele kasutusnõuetele; samas kui sellest väärtusest madalama tihedusega poorsel materjalil on suurem tihedus, mõjutab see luukoe kasvu materjali sisse ja vähendab implantaadi ja materjali vahelist nakketugevust.
Traditsioonilise VS3D-printimise meetodi võrdlus
Eespool nimetatud materjalide poorsuse projekteerimisnõuete täitmiseks hõlmavad poorsete titaanisulamite traditsioonilised valmistusmeetodid peamiselt pulbermetallurgia meetodit, suspensiooni meetodit ja kiudpaagutamise meetodit.
Selliste meetoditega toodetud poorsetel materjalidel on aga üldiselt väikesed pooride läbimõõdud, ebaühtlane pooride jaotus, madal läbiv poorsus või suur hulk mikropoore pooriseina struktuuris, mis piirab nende edasist arengut biomaterjalide valdkonnas. Viimastel aastatel on "3D-printimise" tehnoloogia kasutuselevõtuga seoses selle töötlemisomaduste tõttu 3D-printimise eelised poorsete materjalide valmistamiseks muutunud ilmsemaks.
Tulevikus, poorse materjali poorsuse ja pooride suuruse, elastsusmooduli, bioloogilise toksilisuse ja muude probleemide lahendamisega, samuti erinevate distsipliinide, sealhulgas materjaliteaduse ja tüvirakkude tehnoloogia jms integreerimise ja läbimurdega, saavad 3D-printimise titaanisulamite asendajatest omamoodi isiksus. Täiustatud ja täpset meditsiinitehnoloogiat kasutatakse laialdaselt ortopeediakliinikutes luude parandamise raviprobleemide tõhusaks lahendamiseks.
Raiming laseriga titaanisulamist printimisümbris
The
viited:
"3D-prinditud titaanisulamist trabekulaarse luu poorse struktuuri tõmbetugevusomadused"
"Loomkatsete uuring 3D-printimise poorse titaanisulamist karkassipooride struktuuri mõjust luu sissekasvule"
"Meditsiiniliste titaanisulamite 3D-printimise uurimistöö edusammud"
Lisateavet meie uusimate toodete ja allahindluste kohta saate SMS-i või meili teel