Himed評(píng)估不同噴砂磨料在3D打印鈦合金植入物后處理中的應(yīng)用

南極熊導(dǎo)讀：隨著基于晶格設(shè)計(jì)的3D打印植入物應(yīng)用的日益廣泛，去除構(gòu)建殘留物而不影響生物相容性或表面純度的能力，已成為醫(yī)療器械制造商的關(guān)鍵需求。

△3D打印Ti64脊柱間隔器經(jīng)氧化鋁砂粒噴砂后的SEM圖像

2025年5月13日，南極熊獲悉，專(zhuān)注于鈦表面處理的生物材料公司Himed日發(fā)布了一項(xiàng)新的研究成果，評(píng)估了不同噴砂方法在3D打印鈦合金植入物后處理中的應(yīng)用。該研究集中于使用氧化鋁、玻璃微珠和磷灰石磨料對(duì)Ti64脊柱間隔器的后處理效果，評(píng)估了每種方法在去除殘留構(gòu)建材料的同時(shí)，保持生物相容性表面的能力。

相關(guān)研究背景

隨著增材制造技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，鈦合金植入物在骨科手術(shù)中的使用日益增多。然而，3D打印過(guò)程中常會(huì)在鈦植入物的表面殘留松散結(jié)合的球形顆粒，這些顆粒通常會(huì)影響植入物的長(zhǎng)期生物相容性和骨整合效果。為了消除這些殘留的構(gòu)建材料并優(yōu)化表面性能，表面處理技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵。

Himed公司的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)掃描電鏡（SEM）和能量色散X射線(xiàn)光譜（EDX）分析，比較了三種常見(jiàn)噴砂介質(zhì)的效果——氧化鋁、玻璃微珠和磷灰石。在使用這些噴砂介質(zhì)對(duì)3D打印Ti64脊柱間隔器進(jìn)行處理后，結(jié)果表明只有磷灰石磨料能夠在經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的ASTM F86鈍化處理后，留下干凈的鈦表面。

盡管氧化鋁和玻璃微珠噴砂能夠去除殘留的鈦珠，但這兩種方法都可能在鈦表面引入新的污染物。氧化鋁的高硬度（9級(jí)莫氏硬度）會(huì)在表面留下難以去除的磨料殘留物，而玻璃微珠則會(huì)引入硅基顆粒，這些顆粒在植入物表面難以清除，且會(huì)改變鈦表面的化學(xué)成分，可能對(duì)長(zhǎng)期生物相容性產(chǎn)生負(fù)面影響。

△噴砂后的SEM圖像

磷灰石磨料的優(yōu)勢(shì)與骨整合

與氧化鋁和玻璃珠相比，磷灰石磨料是一種基于磷酸鈣的生物相容性材料。研究表明，磷灰石磨料不僅有效去除了殘留的3D打印鈦珠，而且能在后處理過(guò)程中保持植入物表面結(jié)構(gòu)的完整性，不會(huì)引入有害污染物。這一特點(diǎn)使得磷灰石磨料成為3D打印醫(yī)療植入物后處理的優(yōu)選材料之一。

根據(jù)2019年發(fā)表在《JMIR Biomedical Engineering》期刊上的文獻(xiàn)綜述，種植體表面的粗糙度對(duì)骨-種植體接觸（BIC）和機(jī)械固定至關(guān)重要。噴砂和酸蝕技術(shù)能夠通過(guò)創(chuàng)建微米和納米級(jí)紋理促進(jìn)成骨細(xì)胞的活動(dòng)，從而提高骨整合效果。然而，表面化學(xué)性質(zhì)的不一致性（例如嵌入的噴砂介質(zhì)）可能會(huì)影響植入物的治療效果。因此，選擇合適的噴砂介質(zhì)，對(duì)確保植入物的生物相容性和長(zhǎng)期效果具有重要意義。

△這些圖像顯示了使用MATRIX MCD作為磨料處理后樣品的表面狀態(tài)

3D打印植入物的磨料MATRIX MCD

相關(guān)測(cè)試采用了Himed開(kāi)發(fā)的磷灰石磨料MATRIX MCD，該磨料由羥基磷灰石和磷酸三鈣組成，具有完全可溶性且鈍化后不留殘留物。最初開(kāi)發(fā)用于牙種植體的羥基磷灰石涂層前處理，目前已廣泛應(yīng)用于3D打印骨科組件。MATRIX MCD的粒徑小于53微米，能夠深入多孔種植體的內(nèi)部腔體，賦予內(nèi)外表面均勻的粗糙度。SEM成像和ASTM F86標(biāo)準(zhǔn)處理結(jié)果顯示，表面未見(jiàn)嵌入污染物。

Himed表示，通過(guò)調(diào)整顆粒大小、噴砂壓力和噴砂時(shí)間，可以精確控制表面粗糙度，研究中的粗糙度范圍為1.0至3.2微米R(shí)a，符合促進(jìn)細(xì)胞粘附和組織整合的目標(biāo)值。與較硬磨料不同，磷酸鈣配方能夠在不影響植入物幾何形狀和公差的前提下優(yōu)化表面。EDX掃描顯示，MATRIX MCD處理后無(wú)珠子殘留，亦無(wú)二次污染，原始設(shè)計(jì)特征得以保留。