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陶瓷3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

嘉峪檢測網(wǎng)        2019-10-15 18:56

陶瓷因性能優(yōu)異,在化工機(jī)械、電子、航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)工藝主要通過注射成型、模具成型、凝膠澆注等方法形成所需形狀,在高溫下燒結(jié)生坯。此類工藝加工周期長、成本高,且復(fù)雜的幾何外形和內(nèi)部連通孔結(jié)構(gòu)較難成型,限制了陶瓷在一些領(lǐng)域中的應(yīng)用。

 

3D打印技術(shù)的出現(xiàn)為上述問題的解決提供了新的可能。目前,陶瓷3D打印技術(shù)主要包括光固化成型、數(shù)字光處理、熔融沉積成型、噴墨打印、選擇性激光熔融和分層實(shí)體制造等。

 

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的陶瓷材料包括生物惰性陶瓷(如氧化鋁、氧化鋯、氮化硅等)和生物活性陶瓷(如磷酸三鈣、羥基磷灰石等)。

 

氧化鋁、氧化鋯和氮化硅陶瓷材料不會發(fā)生降解,具有較高的耐磨性和生物相容性,可被用于制作使用時間較長的植入性醫(yī)療器械,如人工股骨頭、髖臼杯內(nèi)襯、義齒等。

 

國外研究人員已利用高純度氧化鋁,通過3D打印技術(shù)制作出心臟起搏泵。

 

3D打印義齒所使用的陶瓷材料通常是氧化鋯,經(jīng)過對患者牙模的數(shù)字化掃描與建模、三維設(shè)計、3D打印、脫脂燒結(jié)、上釉等工藝加工而成。這種氧化鋯義齒的尺寸精度和通透性都較高。國內(nèi)有公司利用陶瓷3D打印技術(shù)制作出氧化鋯陶瓷義齒和全冠,產(chǎn)品在2017年通過我國藥品監(jiān)管部門的機(jī)械性能和生物學(xué)檢驗(yàn),獲得上市許可。

 

經(jīng)過工藝改進(jìn),陶瓷人工關(guān)節(jié)目前已發(fā)展到第四代生物陶瓷(又稱粉陶)。第四代生物陶瓷為氧化鋯增韌的氧化鋁陶瓷,用其制作的人工關(guān)節(jié)陶瓷假體植入物不但具有極強(qiáng)的抗碎裂性,還有較高的抗斷裂韌性。

 

氮化硅具有非常高的抗斷裂韌性,是一種超硬陶瓷材料。美國一家生物材料公司在全球率先研制出醫(yī)療氮化硅陶瓷材料。該公司利用自動注漿成型的3D打印技術(shù),制造出復(fù)雜的氮化硅脊柱融合器植入物,并對其性能進(jìn)行了驗(yàn)證,證實(shí)3D打印氮化硅植入物在人體骨骼環(huán)境中具有一定的耐腐蝕性,可達(dá)到制作植入物的要求。

 

磷酸三鈣和羥基磷灰石的化學(xué)組成和骨骼成分相近,具有良好的生物相容性、骨誘導(dǎo)性、骨傳導(dǎo)性、可降解性等性能。利用光固化成型、數(shù)字光處理、選擇性激光熔融和噴墨打印等技術(shù),制作出有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的可動式義眼,將開拓陶瓷3D打印技術(shù)應(yīng)用于個性化醫(yī)療領(lǐng)域的新篇章。未來,陶瓷3D打印領(lǐng)域?qū)⒂懈嘈鹿に嚭托虏牧媳粦?yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域中來,給患者帶來新的治療選擇。

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來源:中國醫(yī)藥報

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