鈦混合材料3D打印人體關節投入臨床

鈦、鉭元素組成的合金是絕對沒有問題的，因為這兩種金屬都擁有生物相容性，而且其機械屬性要由于純鈦。但是鉭金屬的熔點非常高（超過3000攝氏度），這就意味著將鈦金屬變成可用于SLM技術的球形金屬粉末在經濟上基本不可行。而市場上常見的鉭粉通常是通過氣體霧化形成的長條形粗糙微粒。為了克服這一問題，研究團隊將這種粗糙的鉭金屬粉與另外一種市場上現成的微球形鈦金屬粉末混合在一起。在將這兩種材料混合半天之后，他們觀察到這種混合物可以鋪設得更加均勻，更便于SLM技術使用。顯微鏡實驗揭示在混合之后鈦金屬的球形形狀仍然保留，這是該混合物可成功用于3D打印的關鍵。

鈦合金是制造膝關節/髖關節植入物的骨科用材的首要選擇，鈦鉭合金將能夠減輕“應力遮擋”效應，所謂的“應力遮擋”效應是指植入物的硬度過高導致其鄰近的骨骼得不到足夠的力學刺激而導致骨質疏松的現象。“這些合金是專門被設計用于骨骼科應用的，甚至有可能在變形后，顯示出某種形狀記憶能力。鈦粉在這里充當了一個滾動媒介的角色。”Wiria解釋說：“它推動了鉭粉，使SLM的處理成為可能。”通過將一種棋盤式的激光掃描模式上下交替熔融金屬或者從一邊到另一邊的移動來減少熱應力，研究人員成功地使用SLM技術制造出了鈦鉭合金的3D形狀。

近日，澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）與墨爾本醫療植入物公司Anatomics，以及一隊英國醫生聯手，為一名61歲的英國患者Edward Evans實施了3D打印鈦-聚合物胸骨植入手術，由此實現了全球首創。因為之前，這種植入物一般都會用純鈦制造。這個3D打印的鈦-聚合物胸骨是由Anatomics設計，然后由CSIRO位于墨爾本的Lab 22工廠完成打印的。值得一提的是，這已經不是他們的首次合作了 — 早在2014年，他們就曾聯手為一名澳大利亞癌癥病人3D打印了鈦膝蓋骨，而后的2015年，他們又為一名西班牙癌癥患者3D打印了鈦胸骨和肋骨。Anatomics公司執行主席Paul D'Urso表示，由于同時采用了鈦和聚合物兩種材料，這種新型胸骨植入物能夠比之前的純鈦植入物更好地幫助重建人體內的”堅硬與柔軟組織“。Evans術后僅12天就能出院，并且目前恢復十分迅速就是最好的證明。