TU Delft推出創新混合生物超材料的3D列印髖關節植入物

過去幾年來，3D列印已經對假肢和其他醫療器械的創建產生了嚴重的影響，隨著技術的進步，3D列印技術將會持續下去。新材料的開發應該是一個特別重要的因素，生物材料由於其有機基礎提供了全方位的優勢。TU Delft的一個研究小組最近創建了新的生物超材料，由於其獨特的重要特性組合，顯示了未來3D列印髖關節植入物的發展前景。

植入物鬆動是可能影響醫療裝置的長期有效性的問題之一，特別是對於臀部區域的裝置。到2020年，全世界髖關節假體的數量預計將達到每年250萬個，而按照目前的技術，約10％的假體將在術後10年內不再具有固定作用。由Amir Zadpoor領導的TU Delft團隊開始通過3D列印植入物來解決這個問題，這種植入物將會更加永久地固定住兩種類型的生物超材料，一個是傳統的生物超材料，而另一個是所謂的拉脹生物超材料。

元生物材料是所謂的超材料的生物醫學變體，是在自然界中顯示不存在特徵的材料。拉脹變形的特殊之處在於它們具有負的泊松比，這意味著拉伸時它們變得更加垂直於施加的力。根據Zapdoor的說法，「採用簡單的幾何形狀設計，並採用鈦金屬列印的Auxetic超生物材料，在壓力作用下展現出獨特的擴張力學性能，這使其非常適合用於與之相反的材料。髖關節植入物行走時，假體會受到各種力量的作用，假體一側的壓力太大，可能會脫離骨頭，這是非常不可取的。」

3D列印的混合假體髖關節植入物結合了一種材料，當拉伸時變厚，而另一側變薄。這種雙泊松比組合將提高植入物周圍骨骼生長的機會，這意味著它們將被更安全地固定到位。對植入物施加的非自然力也將減小，使得植入物不太可能被侵蝕。

目前，植入物尚未進行臨床試驗。到目前為止所進行的實驗涉及對模擬骨樣材料（具有骨的機械特性的特殊泡沫）所包圍的植入物的垂直壓縮。該力類似於施加在人體植入物上的應力。由於這種壓力，新的植入物膨脹，導致兩側的骨周圍受到壓迫。當植入物最終用於人體時，正是這種壓縮將確保改進的植入物固定。據悉，該研究結果已經發表在英國皇家化學學會同行評議期刊「Materials Horizons」上，論文標題為「合理設計的元植入物：拉脹和傳統的元生物材料的組合」。

該項目的下一步將是更詳細地探索材料的屬性，與各個學術醫院的研究人員密切合作。萊頓大學醫學中心的醫學教授和整形外科醫生Rob Nelissen對TU Delft研究團隊發現的潛力充滿熱情：「髖關節植入物領域的創新是急需的，而Zadpoor教授的新方法當然也有可能延長植入物的壽命。為了確保患者的質量安全改善，從患者的3D測量開始階段性介紹是必要的。」

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