代尔夫特理工大学发现杂种元生物材料可用于制造更好,更长的3D打印髋关节植入物

lydiazhang   2018-01-13 10:49:49

3D打印正在越来越多地使用生物材料和超材料来应用,而现在使用新的超生物材料。来自代尔夫特理工大学的研究人员开发出混合材料 - 本质上是超材料的生物医学变体 - 促进骨骼生长,并有助于延长3D打印髋关节植入物的使用寿命。

据该大学统计,到2020年,世界各地的髋关节假体数量将达到每年250万人,但术后10年内约有10%的假体不能牢固固定,因为目前的技术不允许这样做。研究人员将他们的头颅放在一起,为松动假体开发一种解决方案,并将其发现在新的假体中。

这种由3D打印机和现有生物材料制成的新型植入物将传统的生物材料与拉丁文的生物材料相结合。当拉伸时,奥氏体垂直于施加的力变得更厚,这意味着它们具有负的泊松比。这意味着这种新材料可以将3D打印的髋关节植入物牢固地固定在远处。

TU代尔夫特教授Amir A. Zadpoor解释说:“采用简单的几何形状设计并采用钛金属印刷而成的增强型元生物材料,显示出在压力下膨胀的独特力学性能。 “这使得它非常适合与相反的材料一起使用。 当有髋关节植入物的人走路时,假肢受到各种力量的作用。 如果假体一侧的压力太大,就会脱离骨头,这是非常不可取的。”

3D打印的元生物材料显示出你在自然界找不到的特性:它们可以显示出负热膨胀,不可见,或者同时具有很强的重量,而且很轻。

Zadpoor和研究小组讨论了这些独特的特性如何在一篇名为“合理设计的元植入物:拉胀和传统元生物材料的结合”的论文中发展出更好的医用植入物的潜力,最近发表的和Royal 化学学会同行评议的杂志Materials Horizons; 合着者包括Helena M. A. Kolken,Shahram Janbaz,Sander M. A. Leeflang,Karel Lietaert,Harrie H. Weinans和Zadpoor。

摘要写道:“合理设计的超生物材料呈现出前所未有的机械,传质和有利于组织再生的生物特性的组合。 在这里,我们介绍合理分布负值(拉胀)和正泊松比值的混合元生物材料,并用它们来设计不同于传统植入物的元植入物在生物力学负载下不会从骨头收回。”

研究小组认为,由3D打印的生物材料制成的混合假体,其中一些具有正的泊松比,另一些具有负的,将比目前的髋植入物更好地固定在体内,这将增加其寿命。

Zadpoor说:“这将显着提高骨生长到混合型生物材料的可能性,使植入物更安全。”

如代尔夫特教授所说,这种新材料甚至有一天可以用来解决“植入物松动的最重要原因”。

Zadpoor解释说:“由于假体上工作的非自然力量会减少,塑料颗粒在髋臼杯中磨损的可能性就会减小,从而增加松动的风险。”

为了验证他们的研究成果,研究小组对新型3D打印混合型生物材料制成的种植体进行了垂直压缩,这种材料被包含人体骨骼力学特性的特殊泡沫包围。 压缩力模拟施加在体内的植入物上的应力量,并且植入物由于压力而膨胀,导致植入物两侧的骨头受到压缩。 这种压缩正好可以改善植入物的长期固定。

莱顿大学医学中心医学三角教授和整形外科医生Rob Nelissen教授说:“髋关节植入物领域的创新非常必要,Zadpoor教授的新方法当然有可能延长植入物的寿命。 “为了确保病人的安全质量,必须从患者的三维测量开始阶段性介绍这种植入物。”

根据研究论文,这些3D打印的元植入物是新型生物材料在提高植入物寿命方面的首次应用。 下一步是临床试验,将继续与其他学术医院进行研究的TU Delft团队将努力确定这些独特性能如何帮助创造更好的未来植入物。

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