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3D打印骨组织工程支架应用现状

2017-05-11 来源:关节时间  标签: 掌上医生 喝茶减肥 一天瘦一斤 安全减肥 cps联盟 美容护肤
摘要:3D打印是当前比较热门的一项技术,最早于1989年由麻省理工学院的Emanual Sachs等报道,当前在医学上已被应用于器官及细胞打印、组织工程支架及假体植入物、器官模型的制作及手术指导策划。

  3D打印技术出现在20世纪90年代中期,是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。其原理与普通打印基本相同,在计算机控制下,根据物体的计算机辅助设计(CAD)模型或计算机断层扫描(CT)等数据,通过材料的精确逐层3D堆积,可以快速制作形状复杂的物体,从而实现3D立体打印。

  3D打印是当前比较热门的一项技术,最早于1989年由麻省理工学院的Emanual Sachs等报道,当前在医学上已被应用于器官及细胞打印、组织工程支架及假体植入物、器官模型的制作及手术指导策划。骨科临床多应用于骨组织工程支架材料的成型。

  与其他骨组织工程支架的制备方法相比,3D打印技术制备的骨组织工程支架在支架精确性、个性化、机械强度、孔隙调节、空间结构复杂性方面有独特优势:①高精度:即高分辨率。②可同时打印种子细胞和支架材料,更利于整体三维结构的构建。③构建速度快。④可按需构建模型,实现个性化需求。⑤可根据需要设定特定的孔隙率、交联,可显著提高支架的生物学及力学性能从而促进骨组织生长及骨折愈合。

  应用研究

  目前可用作骨组织工程支架制作的3D打印技术包括熔融层积成型、立体平版印刷、选区激光烧结及3DP技术等。

  1熔融层积成型(FDM)

  熔融层积成型技术是将丝状的热熔性材料加热融化,同时三维喷头在计算机的控制下,根据截面轮廓信息,将材料选择性地涂敷在工作台上,快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后,机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下一层,直至形成整个实体造型。制造简单、成本低廉,但打印出的支架在精度及表面质量等方面不佳,且高温可能破坏原材料的化学成分,对熔融层积成型效果影响较大,且该技术不能打印生长因子、蛋白质、细胞,限制了其在医学支架方面的应用。

  2立体平版印刷(SLA)

  立体平版印刷打印技术,又称为光敏液相固化法。其以光敏树脂为原料,树脂池底部有一个透光的窗口。将打印平台下降贴近窗口,中间的缝隙则是液态的树脂。紫外线透过玻璃照射树脂,使很薄的一层树脂快速聚合成为固体。打印速度会随着所照射紫外线强度的增加,聚合速度也会随之加快。但若速度过快,会使固化的树脂黏在玻璃窗口,导致打印失败。通过此法制备的支架具有人松质骨的力学强度,并可促进成骨细胞增殖及黏附,加强骨形成及材料与骨的结合[4]。

  3选区激光烧结(SLS)

  选区激光烧结法采用红外激光器作能源,使用粉末材料,加工时先将粉末预热到稍低于其熔点温度,然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平;激光束在计算机控制下,根据分层截面信息进行有选择地逐层烧结,全部烧结完后去掉多余的粉末,则就可以得到烧结好的零件。优势在于加工速度快、无需使用支撑材料、材料适应面广、精度高、强度大,缺点是高温可能破坏生物材料的化学成分,成型产品表面粗糙,不能打印细胞、生长因子等。

  4三维粉末粘接(3DP)

  3DP技术采用粉末材料(如陶瓷粉末,金属粉末)成形,通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面「印刷」在材料粉末上面。3DP技术操作简便、产品具有高孔隙率、原料应用范围广、支架表面光滑、细胞可以直接黏附等优点,可以直接打印细胞、生长因子、蛋白质,其缺点是产品力学强度不高,产品需进行后处理等。

  就目前的进展来看,虽然3D打印技术应用于骨组织工程支架的构建具有很多优势,但仍处于起步阶段,在临床应用时仍然有许多不足与挑战,还需要进行更深层次的研究与发展。

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