新型混合生物超材料造福3D列印髖關節植入物

新型混合生物超材料造福3D列印髖關節植入物

3D列印對假肢和其他醫療器械的構造的影響非常大，而要研發新的植入物，新材料的開發是很關鍵的。在諸多應用案例中，生物材料因其有機結構的優勢脫穎而出。代爾夫特大學（TU Delft）的研究小組最近研發出新型的生物超材料，性能非常有優勢，為未來髖關節3D列印植入物的應用作了鋪墊。

植入物鬆動可能會影響其使用壽命（特別是髖關節裝置的使用壽命）。據估計，到2020年全世界髖關節假體的數量將達到每年250萬個，而按照目前的技術，約10％的假體將在術後10年內發生鬆動。由Amir Zadpoor領導的代爾夫特大學團隊通過3D列印植入物解決了這個問題，把兩種類型的生物超材料——傳統的生物超材料和拉脹生物超材料，永久地固定住。

生物超材料是超材料的生物醫學變體，在自然界中不顯示存在特徵。拉脹變形的獨特性在於它的泊松係數為負，拉伸時受力與施力垂直。據Zapdoor所述，「生物超材料的設計採用簡單的幾何形狀，以鈦為原料進行列印，在壓力的作用下能夠表現出其特有的擴張力學性能。一個植入髖關節假體的人在行走的時候，假體會受到各種力量的作用，如果一側的壓力太大，那麼它可能就會與自身的骨頭脫離了。」

3D列印的混合假體髖關節植入物將拉伸時變厚的材料和變薄的材料組合在一起，以促進植入物周圍骨骼的生長，使其更加安全牢固。此外，對植入物施加的非自然力也將減小，增強其抗腐蝕的能力。

目前，對模擬骨樣材料（具有骨機械特性的特殊泡沫）包裹的植入物進行的垂直加壓實驗已經完成，但尚未進行臨床試驗。這種力類似於施加在人體植入物上的壓力，會使新的植入物膨脹，從而壓迫兩側的骨。這樣在植入物真正應用於人體的時候，加壓作用會將改進的植入物固定住。相關論文（名為《合理設計的超植入物：拉脹和常規生物超材料的組合》）已在英國皇家化學學會同行評審期刊《材料地平線》（Materials Horizons）上發表。

下一步，他們將深入探索材料的屬性，並與各個機構密切合作。萊頓大學醫學中心的整形外科醫生Rob Nelissen教授表示：「髖關節植入物是一個迫切需要創新的領域，而Zadpoor教授的新方法可能會延長植入物的使用壽命；我們必須根據患者所需的尺寸分階段植入，來確保植入物的質量。」

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