TU Delft团队研发出会变形的生物超材料,3D打印髋关节假体不再松动



 过去几年来,3D打印已经对假肢和其他医疗器械的构造产生了深远的影响,随着技术的进步,3D打印技术将会继续深入发展。新材料的开发是一个特别重要的因素,生物材料由于其有机基础提供了全方位的优势。代尔夫特大学的一个研究小组最近创建了新的生物超材料,由于其独特的重要特性组合,未来的髋关节植入物3D打印显示出巨大的市场前景。

植入物松动是可能影响医疗装置的长期有效性的问题之一,特别是对于臀部区域的装置。到2020年,全世界髋关节假体的数量预计将达到每年250万个,而按照目前的技术,约10%的假体将在术后10年内发生松动。由Amir Zadpoor领导的TU Delft团队开始通过3D打印植入物来解决这个问题,这种植入物将会更加永久地固定住两种类型的生物超材料。一个是传统的生物超材料,而另一个是所谓的拉胀生物超材料。

拉胀生物材料是所谓的超材料的生物医学变体,拉胀变形的特殊之处在于它们具有负的泊松比,这意味着当拉伸时,它们变得均匀吸收施加的力。根据Zapdoor的说法,“采用简单的几何形状设计并采用钛金属打印的Auxetic超生物材料,在压力下展现出独特的扩张力学特性。髋关节植入物行走时,假体会受到各种力量的作用,假体一侧的压力太大,可能会脱离骨头,这是非常不可取的。

3D打印的混合假体髋关节植入物结合了一种材料,当拉伸时变厚,而变薄。这种双泊松比组合将提高植入物周围骨骼生长的机会,这意味着它们将被更安全地固定到位。对植入物施加的非自然力也将减小,使得植入物也更稳固。

植入物尚未进行临床试验。到目前为止所进行的实验涉及对模拟骨样材料(具有骨的机械特性的特殊泡沫)所包围的植入物的垂直压缩。该力类似于将施加在人体植入物上的应力。由于这种压力,新的植入物膨胀,导致两侧的骨周围受到压迫。当植入物最终用于人体时,正是这种压缩将确保改进的植入物固定。

该项目的下一步将是更详细地探索材料的属性,与各个学术医院的研究人员密切合作。莱顿大学医学中心的医学教授和整形外科医生Rob Nelissen教授对于代尔夫特理工大学研究团队的研究发现充满热情:“髋关节植入物领域的创新是急需的,Zadpoor教授的新方法当然有可能延长植入物的寿命“,他说。“为了确保患者的质量安全改善,从患者的3-D测量开始阶段性介绍是必要的。”

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