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代爾夫特研究人員使用多孔鐵進行3D打印可生物降解的骨植入物

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代爾夫特理工大學的工程師團隊已經使用基于擠壓的3D打印來制造由多孔鐵制成的臨時性骨植入物。就像鎂或鋅一樣，多孔鐵是可生物降解的，這意味著它具有巨大的潛力，可以作為臨時的骨替代物，隨著新的骨骼再生長而降解。通過重新吸收到體內，臨時植入物可減輕長期發(fā)炎的風險，長期發(fā)炎通常與金屬（如鈦）制成的永久性骨植入物有關。

該研究的主要作者Amir A. Zadpoor指出：“與用于骨植入物的其他可生物降解金屬或聚合物相比，鐵具有很高的機械強度，從而可以設計和制造用于治療關鍵性骨的多孔結構。

多孔鐵支架的SEM成像。圖片來自TU Delft 。

不太可能的技術選擇

乍一看，這似乎對使用鐵進行3D打印可生物吸收的骨植入物非常有意義。這種金屬被人體用來輸送氧氣，它加速某些酶反應，在免疫反應中起主要作用，并且是骨骼再生的關鍵成分。當查看鐵的最常見形式即散裝（致密）鐵時，就會出現此問題。與多孔鐵不同，散裝鐵由于其相對較小的表面積而具有非常低的生物降解率。不幸的是，先前用粉末床融合等技術3D打印多孔骨支架的嘗試已受到限制，主要涉及可及性，成本或孔隙率控制。盡管基于擠出的3D打印可以克服其中的一些障礙，但它通常是不適合最終用途醫(yī)療產品的低質量零件的代名詞。

因此，代爾夫特團隊選擇嘗試他們自己專用的基于擠壓的設置。 Zadpoor補充說：“我們希望驗證采用基于擠壓的3D打印來制造多孔鐵的可行性，并探索解決散裝鐵的基本問題的潛力，散裝鐵具有非常低的生物降解率，同時還能保持其他重要特性（例如結構完整性）和骨骼愈合期間的機械性能。”

3D打印，燒結和測試多孔鐵骨植入物。圖片來自TU Delft。

該小組的方法涉及將聚合物溶劑與鐵微?；旌?，制成復合油墨。一旦支架結構被印刷，就將它們加熱以燃燒掉聚合物，從而留下鐵。然后將剩余的鐵結構進一步熱處理以將其燒結成多孔固體。Zadpoor和他的同事將他們印刷的多孔支架浸入經過特殊配制的模擬體液中，并確定了此植入物有很高的生物降解率，鐵每28天損失7％的質量。研究小組還發(fā)現腐蝕發(fā)生在植入物周圍甚至內部，但是它們的機械性能仍然與人體骨骼保持一致。

Zadpoor說：“我們已經證實，基于擠壓的3D打印技術可以提供具有增強的生物降解性和仿骨機械性能的多孔鐵支架，從而有可能用作骨替代物?！毖芯康南乱浑A段涉及測試基于擠出的3D打印在其他更高級的與植入物相關的功能方面的潛力。這涉及注入納米生物陶瓷以促進骨骼生長，甚至注入抗菌劑以減輕手術后感染的風險。