代尔夫特研究人员使用多孔铁进行3D打印可生物降解的骨植入物
中国3D打印网1月13日讯，代尔夫特理工大学的工程师团队已经使用基于挤压的3D打印来制造由多孔铁制成的临时性骨植入物。就像镁或锌一样，多孔铁是可生物降解的，这意味着它具有巨大的潜力，可以作为临时的骨替代物，随着新的骨骼再生长而降解。通过重新吸收到体内，临时植入物可减轻长期发炎的风险，长期发炎通常与金属（如钛）制成的永久性骨植入物有关。 该研究的主要作者Amir A. Zadpoor指出：“与用于骨植入物的其他可生物降解金属或聚合物相比，铁具有很高的机械强度，从而可以设计和制造用于治疗关键性骨的多孔结构。
多孔铁支架的SEM成像。图片来自TU Delft。
不太可能的技术选择
乍一看，这似乎对使用铁进行3D打印可生物吸收的骨植入物非常有意义。这种金属被人体用来输送氧气，它加速某些酶反应，在免疫反应中起主要作用，并且是骨骼再生的关键成分。当查看铁的最常见形式即散装（致密）铁时，就会出现此问题。与多孔铁不同，散装铁由于其相对较小的表面积而具有非常低的生物降解率。不幸的是，先前用粉末床融合等技术3D打印多孔骨支架的尝试已受到限制，主要涉及可及性，成本或孔隙率控制。尽管基于挤出的3D打印可以克服其中的一些障碍，但它通常是不适合最终用途医疗产品的低质量零件的代名词。
因此，代尔夫特团队选择尝试他们自己专用的基于挤压的设置。 Zadpoor补充说：“我们希望验证采用基于挤压的3D打印来制造多孔铁的可行性，并探索解决散装铁的基本问题的潜力，散装铁具有非常低的生物降解率，同时还能保持其他重要特性（例如结构完整性）和骨骼愈合期间的机械性能。” 
3D打印，烧结和测试多孔铁骨植入物。图片来自TU Delft。
该小组的方法涉及将聚合物溶剂与铁微粒混合，制成复合油墨。一旦支架结构被印刷，就将它们加热以燃烧掉聚合物，从而留下铁。然后将剩余的铁结构进一步热处理以将其烧结成多孔固体。Zadpoor和他的同事将他们印刷的多孔支架浸入经过特殊配制的模拟体液中，并确定了此植入物有很高的生物降解率，铁每28天损失7％的质量。研究小组还发现腐蚀发生在植入物周围甚至内部，但是它们的机械性能仍然与人体骨骼保持一致。
Zadpoor说：“我们已经证实，基于挤压的3D打印技术可以提供具有增强的生物降解性和仿骨机械性能的多孔铁支架，从而有可能用作骨替代物。”研究的下一阶段涉及测试基于挤出的3D打印在其他更高级的与植入物相关的功能方面的潜力。这涉及注入纳米生物陶瓷以促进骨骼生长，甚至注入抗菌剂以减轻手术后感染的风险。 
体液浸没前后的3D打印骨植入物。图片来自TU Delft。
尽管钛在很大程度上被认为是植入骨的首选金属，但增材制造研究人员正在不断证明其他材料对于该应用的适用性。去年下半年，斯科尔科沃科技学院的科学家开发了一种新颖的3D打印个性化陶瓷制成的骨植入物的方法。与Delft植入物非常相似，Skolkovo植入物具有大孔，使它们能够更好地与有机组织融合。
在其他地方，研究人员先前已经开发出了基于纳米粘土的3D生物打印支架，用于辅助骨骼再生。向置换骨的支架中注入人骨髓基质细胞和人脐静脉内皮细胞，进一步促进了骨的生长。
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