增材制造技术制备生物植入材料的研究进展

增材制造技术突破了传统模具加工工艺的限制，可用于高效个性化定制生物医用材料。近年来，医学上对骨骼修复和移植的个性化需求显著增加，增材制造可满足该定制化的需求，促使增材制造技术在生物医用材料领域占据重要地位。随着材料科学技术和计算机辅助技术（CAD/CAM）的发展，可用于增材制造的生物植入材料不再局限于钛系、钽系、钴铬钼等合金，聚醚醚酮、磷酸钙盐等非金属类材料因良好的生物相容性也得到了广泛应用，增材制造技术制备仿生人造骨植入体成为新的研究热点。本文介绍了增材制造技术的原理，对激光、电子束、光固化等增材制造技术进行了比较，并阐述了增材制造在生物植入体和医疗器械方面的应用现状，对增材制造技术在医疗领域的应用及发展做了展望。     

医用钛植入体激光微纹理生物性能研究进展

医用钛合金具有强度高、弹性模量低、疲劳性能好、密度最接近人骨等优点,被广泛应用于临床医学牙科和骨移植等领域。目前较常用的医用钛合金表面加工方法包括机械加工、酸蚀、喷砂、等离子喷涂和激光加工等。通过对比分析,激光加工表现出明显优势,与化学或传统物理加工方法相比,采用激光加工医用钛植入体表面具有高效、清洁、准确、柔性等优势。应用各类脉冲激光器,可以在植入体表面加工特定的表面纹理和纹理组合,改善植入体的生物相容性。归纳了植入体表面纹理对植入环境的影响,表面纹理形状、粗糙度和润湿性等表面特性直接影响细胞组织的黏附、生长和增殖,对细胞生长具有接触导向作用。通过调控激光通量、脉冲频率、扫描速度和脉冲宽度等激光参量可对表面纹理的规则性、准确性、尺寸、氧化程度等特征产生不同影响,进而影响医用钛植入体的表面微观形貌、粗糙度、硬度和润湿性,使其在生物环境中获得更好的服役性能。通过激光加工获得的理想医用钛植入体表面可有效避免植入体表面细菌的滋生,降低发病率,提高植入成功率。经激光加工后,医用钛植入体表面会出现不同程度的裂纹,导致在服役过程中植入体表面产生的摩擦碎屑对植入体环境造成不良影响。通过综述以上各方面的研究进展可知,随着超短脉冲激光技术的发展和新型医用植入体材料β钛合金制备技术与工艺的完善,经激光加工后植入体将获得更理想的表面特性和服役性能。     

聚醚醚酮骨植入体生物改性研究进展

聚醚醚酮是一种热塑性材料,凭其良好的生物相容性和X射线可透射性,被广泛用于生物医学领域。而PEEK骨植入体与人体骨骼强度存在一定差距,与人体骨组织结合能力较差和抗菌性能等不足,使其在生物领域的应用受到了限制。为了使PEEK更好地应用于人体骨植入领域,获得优异生物性能的PEEK骨植入体已成为研究的重点。概述了PEEK的加工技术、力学性能、骨整合性能和抗菌性能的研究。在此基础上,重点综述了近年来提高PEEK骨植入体力学性能与生物性能的各种改性方法的研究进展。在力学性能方面,对PEEK常用的填充材料碳纤维进行了概述,由于PEEK与碳纤维界面结合强度影响其整体力学性能,重点介绍了提高其结合强度的改性方法。在骨整合性能方面,对钛、二氧化钛和羟基磷灰石涂层材料及喷涂方法进行了概述,以及对等离子喷涂、喷砂、激光蚀刻和浓硫酸刻蚀表面处理方法的优缺点进行了分析。在抗菌性能方面,银离子释放浓度过高时会导致细胞毒性,重点阐述了如何控制银离子释放速度的研究。最后展望了PEEK骨植入体加工和改性的未来发展方向。     

植入式电子设备

可溶解设备能制造出更好的医疗植入体。     

等离子喷涂TiO2-CaF2复合涂层的结构及体外生物矿化能力

目的等离子喷涂TiO_2涂层是生物惰性材料,不能与骨组织很好地结合,制备TiO_2-CaF_2复合涂层以提高氧化钛涂层的体外生物矿化能力。方法利用等离子喷涂技术在医用Ti合金表面制备TiO_2-CaF_2复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱仪(Raman)对复合涂层的微观结构进行表征,利用接触角仪、三维轮廓仪和电化学工作站考察复合涂层的接触角、表面粗糙度和耐腐蚀性能。采用模拟体液(SBF)浸泡实验考察复合涂层的体外矿化能力。结果 TiO_2和TiO_2-20%CaF_2涂层主要由金红石型TiO_2构成,其中含有少量的锐钛矿型TiO_2成分。20%CaF_2的掺杂会促进金红石型TiO_2的形成。CaF_2的加入可改变TiO_2涂层的表面形貌,表面粗糙度Ra从4.96μm降低至0.94μm,亲水性也得到增强。TiO_2-CaF_2复合涂层在SBF中的耐腐蚀性能也较TiO_2涂层有所提高。经SBF浸泡28 d后,TiO_2-CaF_2复合涂层表面可沉积类骨磷灰石,显示了较好的体外矿化能力,而TiO_2涂层则无此能力。结论 CaF_2的掺杂可使TiO_2涂层的表面粗糙度下降,亲水性增强,耐腐蚀性增强。体外矿化实验结果表明,TiO_2-CaF_2复合涂层表面可沉积类骨磷灰石,显示了较好的生物活性。     

微型注射成型制作生体相容性植入体

德国不来梅市的弗琅荷费制造工艺与应用材料研究所的研究人员运用微型注射成型技术由生体相容性材料（例如钛）制造成功了尺寸精密的人体耳内小骨U形件。他们使用了极细的金属粉末通过这种微型注射成型法精确的复制出了结构精细的微型件。所制造的微型制件还可以采用较高强度的材料加以增强,也亩以赋与以特殊的磁性能。研究人员还试制成功了每只仅重5．4mg而壁厚只有0．3mm的300个微型件。     

燃烧合成网状外科植入体

位于美国俄亥俄州克利夫兰的美国国家宇航局（NASA）John H．Glenn研究中心研制出一种自蔓延高温燃烧合成法，自蔓延高温燃烧合成是多孔磷酸钙及其相关化合物生产方法的基础。这些材料制成网状作为与骨骼兼容的外科植入体。     

利用rhBMP-2和透明质酸促进钛纤维网中骨的生长

不同形态的钛植入体被研究开发并应用于临床实验。其中钛纤维网植入体(TFMI)具有优良的生物相容性以及杰出的体内耐腐蚀性和承重性能。而且，TFMI也被用于椎间盘、下颌骨重建、人工关节系统的柄的表面涂层以及经皮器件。 为缩短硬骨单位完成时期，减少植入后植入体的失败几率，可以利用在骨架位置和非骨架位置均能诱导骨形成的重组人体骨形态发生蛋白(rhBMP)。但是，如果rhBMP植入时没有适宜的载体，它们就会很快分散掉而不能诱导大量骨形成。因此，生物相容的载体对承载rhBMP是必不可少的。 1 材料与方法 TFMI的制备 纯钛纤维…     

医用钛合金表面形貌与成分对生物相容性影响研究综述

生物医用钛合金表面物化特性作为影响细胞生物学行为的关键因素,决定了骨-植入体之间的结合质量和速率。针对作者所在研究小组在钛合金表面改性技术研究中所取得的一系列进展进行了综述。在表面形貌制备方面,利用喷砂、激光和微细铣削等机械加工方法和酸蚀、碱热处理、阳极氧化等化学处理方法,在钛合金表面获得了微纳米双级结构。在表面化学成分方面,采用离子置换的方式在微纳米结构表面植入生物活性离子,通过富氧切削方式改善表面钝化膜的质量。通过电化学腐蚀试验和一系列体外细胞培养实验,验证各表面物化改性方法对钛合金植入体生物相容性的影响。研究表明,微纳米结构化的表面能够提高材料表面的亲水性,促进细胞的粘附、增殖和矿化等,而植入生物活性离子后与微纳结构表面产生了协同效应,进一步增加了其生物相容性。此外,在富氧加工气氛下,钛合金表面的氧化膜厚度相比自然条件下加工有明显增加,提高了生物相容性,同时耐腐蚀性也得到显著增强。     

Elkem Japan公司销售太阳能电池用硅原料

位于加州伯克利的DSMPTG（前身为聚合物技术组）介绍了Bionate Ⅱ PCU，它是用内置表面技术设计的医学用聚合物，是用于长期植入体的聚碳酸酯聚氨酯（PCUs）的Bionate材料家族的成员。