3D打印用于骨折固定的永久性可植入多孔鉭涂層骨板的實驗研究

供稿人：尚巖，王富 供稿單位：西安交通大學(xué)機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室


近年來，鉭金屬因其優(yōu)異的生物活性在骨折內(nèi)固定方面受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注，但過高的密度和彈性模量限制了其在臨床中的應(yīng)用。多孔鉭金屬可解決上述問題，但存在制造成本較高和無法利用醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)生產(chǎn)定制植入物等問題。鑒于此，研究人員利用3D打印技術(shù)制備出了一種可促進骨生長的多孔鉭涂層骨板，以期解決上述問題。

該多孔鉭涂層骨板的制備流程主要包括以下幾個步驟：a)根據(jù)非骨折側(cè)骨的CT數(shù)據(jù)，建立仿制小梁骨的pTi骨板的三維幾何模型；b)以Ti6Al4V球形粉末為原料，在氬氣保護的氛圍下，打印具有仿小梁骨結(jié)構(gòu)的pTi金屬骨板；c)采用氣相沉積(CVD)技術(shù)在已獲得的pTi骨板表面制備鉭涂層。圖1A1顯示了3D打印pTi骨板的微觀形貌，其孔徑為600±27μm，孔隙率約為75%，放大1000倍后，可以看到pTi表面相對光滑平坦(A2)。從圖1 B1可以看出，pTi表面有一層緊密的鉭涂層，而pTi基體完全被鉭涂層覆蓋。多孔鉭涂層骨板的孔徑為550±42μm，孔隙率約為70%，將鉭涂層放大到1000倍(圖1 B2)，可以看出鉭顆粒的聚集形成了鉭涂層。

圖1 (A1,A2)pTi骨板,(B1,B2)鉭涂層pTi骨板和(C1,C2)鉭涂層pTi骨板橫截面的電子顯微鏡掃描(SEM)圖像

圖2 骨板的力學(xué)性能試驗:(A)pTi骨板及鉭涂層pTi骨板的抗彎強度；(B)pTi骨板及鉭涂層pTi骨板的抗拉強度

之后研究人員對該多孔鉭涂層骨板的生物力學(xué)性能、體外生物活性、生物相容性等進行了研究并進行了動物體內(nèi)實驗。結(jié)果表明，該骨板可有效固定骨折處而不會產(chǎn)生應(yīng)力屏蔽，同時與傳統(tǒng)的金屬接骨板相比，這種新型接骨板可以促進骨折愈合，長期植入后其結(jié)構(gòu)可以融入宿主骨而不會對骨組織產(chǎn)生負面影響。這些結(jié)果證明了多孔鉭涂層骨板作為一種潛在的骨折內(nèi)固定裝置的可行性和有效性。
參考文獻：

    劉寶義，馬志杰，李俊雷，等。 3D打印永久性可植入多孔鉭涂層骨板用于骨折固定的實驗研究[J]. 生物活性材料，2021：09.009。