從醫(yī)學角度出發(fā),使用生物材料制備人工骨,需要滿足以下幾個要求:
人工骨形狀要與被替代部位基本一致,有利于更好地匹配
人工骨內部要有一些與原骨組織相近的孔隙和骨質結構,具有良好的生物活性,有利于細胞的附著生長和新骨形成
生物材料要有良好的生物相容性,不會導致機體發(fā)生排異反應或過敏等不良現象
生物材料還要有一定程度的可降解性,能夠逐漸被新生的骨組織代替,其降解速率最好也與新生骨組織生長速率一致,生物材料及其降解產物應該無毒副作用
通過查閱有關參考文獻資料,對比研究幾種3D打印技術在人工骨、支架加工方面的優(yōu)缺點:
光固成型法(SL):所用材料是光敏樹脂等,植入體內后其生物相容性和降解性都不好,甚至引起毒副反應。
分層實體制造法(LOM):在制備人工骨時,需要先將羥基磷灰石等材料制成可以卷曲的薄層狀,然后由熱壓機構將一層層薄片粘結在一起。從材料學角度看,這種方法難以實現。
熔融沉積制造法(FDM):將絲狀材料如塑料、金屬等的熔絲從加熱的噴嘴中擠出,其優(yōu)點是:精度較高、體積較小、成本較低,缺點是:材料需要經過抽絲處理,要有一定的強度,因此材料受到很大的限制,無法加工陶瓷材料;另外不易加工復雜的形狀,也不易加工出內部的微孔洞。
選擇性激光燒結法(SLS):一般用于加工塑料、金屬粉末等,選擇激光作為能量源時,激光系統(tǒng)(包括激光器、電源、外光路、冷卻器)的價格非常昂貴,維護費用較高,導致加工成本較高。此方法可以加工出人工骨,但是內部的微孔洞結構難以加工。此外,人工骨內部未被燒結的羥基磷灰石粉體怎么除去也是需要考慮的問題。
三維打印法(3DP):基于噴射堆積增材成型的三維打印技術(3DP),可以直接將膠原、聚乳酸、殼聚糖等生物活性材料與磷酸三鈣、羥基磷灰石等粘結起來。通過加入造孔劑可以制備出人工骨內部的孔隙結構,避免了LOM、SLA、SLS及FDM等方法對溫度環(huán)境的苛刻要求。
3D打印資訊拓展
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