3D打印聚醚醚酮復合材料人工骨的成型參數優化

由外傷、腫瘤切除等引起的骨缺損需要通過手術在患者體內植入人工骨植入物來進行治療,全球每年進行超過220萬例的骨植入手術以重建各類骨缺損

。鈦合金植入物因力學性能優異得到廣泛應用,但因其彈性模量與骨骼相差較大而造成的應力遮擋會導致骨質疏松,此外還存在生物惰性、表面生物活性不佳等不足

。以羥基磷灰石(HA)為代表的生物陶瓷材料植入物的生物活性和骨整合能力好,但脆性較大

。聚乙烯、聚乳酸等高分子材料植入物加工成型方便,但機械性能較低

。

聚醚醚酮(PEEK)是一種半結晶高分子材料,具有機械性能優異、生物相容性好、X線可透過性等特點,尤其是PEEK的彈性模量與正常人體骨組織更為接近,可以減弱或消除應力遮擋效應

。自上世紀90年代開始PEEK逐漸成為骨科內植入物研究的熱點材料之一,是脊柱、關節和創傷等領域中非常有前景的內植入物材料。純PEEK是生物惰性材料,不利于成骨細胞的黏附增殖,骨整合性欠佳,在一定程度上抑制了其在骨植入物方面的應用

。HA是人體骨骼和牙齒的主要無機成分

,具有良好的生物活性和骨傳導性,能與人體骨組織形成牢固的骨整合。將PEEK與HA混合制備復合材料,可以在保持骨植入物良好機械性能的同時提高其生物活性,有利于與人體組織結合,增加遠期骨整合性能。

3D打印骨植入物具有更高的設計自由度和更少的原材料浪費,結合CT、MRI獲取患者的個體數據,利用CAD技術在術前為患者準確設計定制化的骨植入物,再利用3D打印實現多種材料、多層次結構的宏微一體化制造,能夠實現對骨植入物形狀和性能的精確控制