Forschungsfortschritt der 3D -Druckporus -Titanlegierung nach Tumorresektion

Im Vergleich zu Edelstahl und anderen Metallmaterialien hat die Titanlegierung mit fester Struktur die Vorteile von hoher Festigkeit und guter Korrosionsbeständigkeit. Der elastische Modul ist jedoch im Vergleich zum harten Gewebe des menschlichen Körpers immer noch zu hoch, und es ist leicht, mit dem umgebenden Gewebe Phänomen zu schützen, was zu einem großen Rückgang der Integrationsfähigkeit von Titanlegierungsimplantaten mit Knochen führt. Um dieses Problem zu lösen, haben Materialbiologieforscher in den letzten Jahren vorgeschlagen, Porenstruktur in Titanlegierungen einzuführen und poröse Titanlegierungen erfolgreich vorbereitet zu haben. Die Ergebnisse zeigen, dass poröse Titanlegierungen die folgenden Vorteile haben: (1) Die einzigartige dreidimensionale durchdringende Struktur ist der Adhäsion, Proliferation, Differenzierung und Mineralisierung von Osteoblasten sowie dem Transport von Nährstoffen und dem Wachstum von Knochenhistiozyten,, den Transport von Nährstoffen und der Wachstum von Knochenhistiozyten,,, biologische Fixierung bilden, die Fähigkeit zur Knochenintegration verbessern und die Lebensdauer von Implantaten verlängern; ② Porenparameter können eingestellt werden, um die Druckfestigkeit, den elastischen Modul, die Dichte usw. einzustellen, damit die mechanische Eigenschaft mit dem Knochengewebe übereinstimmt, das Spannungsschutzphänomen reduziert oder entfernen kann.

In den letzten Jahren hat die Entwicklung der 3D -Drucktechnologie eine neue Wahl für die Herstellung poröser Titanlegierungen getroffen. Die 3D-Drucktechnologie kann die genaue Kontrolle der Gesamtform der porösen Titanlegierung gemäß der anatomischen Struktur der Defektstelle nach der Tumorresektion vervollständigen und eine personalisierte Anpassung erreichen, um die Bedürfnisse der Reparatur der Resektion nach der Tumor zu erfüllen. Wir haben 3D-gedruckte poröse Titanlegierungsimatik-Implantate in zwei Kategorien unterteilt, wobei sie eine Anti-Tumor-Funktionalisierung durchlaufen haben. Die erste Kategorie ist eine poröse Titanlegierung, die mit der 3D -Drucktechnologie ohne oberflächliche Modifikation hergestellt wurde, dh einfache 3D -gedruckte poröse Titanlegierungsimplantate (im Folgenden als "poröse Titan -Legierungsimplantate" bezeichnet); Die zweite Kategorie ist das durch 3D-Drucktechnologie nach Antitumor-Modifikation hergestellte poröse Titanlegier-Implantat (im Folgenden als "Antitumor-Porus-Titan-Legierungsimplantat" bezeichnet). In dieser Arbeit werden die Leistung poröser Titanlegierungsimplantate, die klinische Anwendung nach Tumorresektion und der Forschungsfortschritt von porösen Titanlegierungsimplantaten gegen Tumor überprüft.

Herstellung, Mikrostruktur und Eigenschaften poröser Titanlegierungsimplantate

1.1 Vorbereitung poröser Titanleglegierungsimplantate

Die Ergebnisse zeigen, dass die fertige poröse Titanlegierung, die durch traditionelle Prozesse wie Sintern und Porenbildungsmittel hergestellt wurde, unterschiedliche Grade an geschlossenen Poren, geringe Porosität und schlechte Konnektivität aufweist. Im Vergleich zum herkömmlichen Prozess wird die 3D-Drucktechnologie durch computergestützte Designsoftware modelliert und gebildet, die eine schnell umgebende Geschwindigkeit und ein hohes Maß an Freiheit aufweist und die mikroporendremen Parameter und die Gesamtform der porösen Titanlegierungsimplantate eine genaue Kontrolle erreichen kann . Derzeit umfassen die häufig verwendeten 3D -Druckporöden -Titanlegierungstechnologien im medizinischen Bereich hauptsächlich die selektive Laser -Schmelztechnologie und die selektive Schmelztechnologie von Elektronenstrahl.

1.2 Mikrostruktur von porösen Implantaten mit Titanlegierung

Eine große Anzahl von Studien hat gezeigt, dass das ideale poröse Titanlegierungsimplantat eine Porosität von 60% bis 90% und eine Porengröße von 300 bis 900 μm hat, was dem menschlichen Knochen ähnlich ist und die osteogene Aktivität in vitro und in vitro fördern kann Das innere Wachstum des neuen Knochengewebes in vivo. Dieser Parameter kann auch durch die 3D -Drucktechnologie erreicht werden, so dass das poröse Titanlegierungsimplantat eine geeignete Porosität, Blende und hohe Konnektivität aufweist. Wenn es nach der Tumorresektion in den Knochendefekt implantiert wird, kann das poröse Titanlegierungsimplantat die Bildung der biologischen Fixierung mit dem umgebenden Knochengewebe fördern und die Stabilität des Skelettsystems wieder aufbauen.

1.3 Eigenschaften poröser Titanlegierungsimplantate

Die Eigenschaften des porösen Titanlegierimplantats umfassen hauptsächlich mechanische Eigenschaften, Verschleißresistenz, Korrosionsbeständigkeit, Biossicherheit und Histokompatibilität.

Mechanische Eigenschaften: Die Ergebnisse zeigen, dass die mechanischen Eigenschaftsparameter von porösen Titanlegierungsimatik -Implantaten innerhalb eines bestimmten Bereichs geändert werden können, indem die Elementarzusammensetzung und die mikroskopische Porenstruktur von porösen Titan -Legierungs -Implantaten eingestellt werden. Der endgültige elastische Modul ähnelt dem des menschlichen Knochens (5-30 GPa), und die Festigkeit ist höher als die Druckfestigkeit des menschlichen dichten Knochens (100-230 MPa). Das heißt, die mechanische Festigkeit des Implantats wird erhöht, während das Stressabschirmungsphänomen verringert wird.

Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit, Biosafety: Derzeit ist das am häufigsten verwendete poröse Titanlegierungs -Implantatmaterial TI6AL4V -Legierung. Obwohl die Legierung von medizinischer Edelstahl und Kobalt-Chrom-Basis auf der Basis von TI6Al4V eine stärkere Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist, wird dies mit zunehmender Körperbewegung und der Ausdehnung der Implantationszeit zu einem gewissen Grad an Korrosion und Reibung von führen TI6AL4V -Legierung in der physiologischen Umgebung, insbesondere die Elemente von Aluminium (AL) und Vanadium (V) in TI6Al4V -Legierung, haben potenzielle toxische Wirkungen, und es besteht die Gefahr, dass sich die Ausbreitung auf die umgebenden Gewebe ausbreitet und toxische Nebenwirkungen verursacht. In den letzten Jahren sind Biomaterialien im In- und Ausland verpflichtet, neue Titanlegierungen mit geringerer Toxizität und Korrosionsresistenz zu entwickeln. Studien haben gezeigt, dass Zugabe von Molybdän (MO), Zirkonium (ZR), Tantal (TA) und anderen β-stabilen ungiften Elementen zu Titanlegierungen nicht nur die Korrosionsresistenz von Titanlegierungen verbessern, sondern auch ihre Biosafetie verbessern kann.

Histokompatibilität: Aus der Sicht der Porenstruktur und der mechanischen Eigenschaften wird der elastische Modul von porösen Titanlegierungsimolen signifikant verringert, was den Stressabschirmeffekt zwischen Implantaten und Knochengewebe verringern und geeigneter Raum für das Wachstum des Knochengewebes liefert. Aufgrund des mangelnden Oberflächenbioaktivität und der Fähigkeit des porösen Titanlegierungsimplantats und der Fähigkeit der Knocheninduktion ist es jedoch schwierig, eine stabile chemische Bindung mit dem umgebenden Knochengewebe schnell zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt kann die Oberflächenmodifikation poröser Titanlegierungsimplantate seine Oberflächenaktivität und die Fähigkeit zur Knocheninduktion weiter verbessern. Die Hauptansätze umfassen: (1) Physikalische und chemische Prozesse werden verwendet, um den ursprünglichen passivierten Oxidfilm von porösen Titanlegierungsimplantaten in einen aktiven Oxidfilm (hauptsächlich aus TiO2) umzuwandeln, der die Korrosionsbeständigkeit und die biohistokompatible poröser Titaniumlegierung verbessern kann Implantate. ② Bioaktive Beschichtungen wie Hydroxylapatit (HA) wurden auf der Oberfläche poröser Titanlegierungsimplantate hergestellt. Obwohl es aufgrund von umständlichen Modifikationsprozessen und anderen Gründen viele Oberflächenmodifikationsmethoden und Grundlagen zu porösen Implantaten für Titanlegierung gibt, wurden keine Beschichtungsprodukte für poröse Titanlegierungsimplantate klinisch von relevanten Abteilungen zugelassen.

Im Zusammenhang mit der 3D-Drucktechnologie können poröse Implantate der Titanlegierung personalisiert werden und werden nach und nach auf die klinische Praxis der Reparatur nach der Tumorresektion angewendet, und die einfachen porösen Implantate mit Titanlegierung ohne Antitumorfunktionalisierung haben eine gute klinische Wirksamkeit erreicht. Die aktuellen klinischen Anwendungsberichte sind jedoch hauptsächlich früh und mittelfristig, und es ist in Zukunft eine längere Nachuntersuchung erforderlich, um die Wirksamkeit der klinischen Anwendung von porösen Implantaten der Titanlegierung zu bewerten. Darüber hinaus ist der aktuelle klinische Einsatz poröser Titanlegierungsmaterialien Ti6al4V -Legierung, die zukünftige Hoffnung, sich der Entwicklung von mehr Verschleiß und Korrosionsresistenz zu widmen, keine mögliche Toxizität poröser Titanlegierungsimolen. Das Implantat des porösen Titanlegier-Legierungs-Antitumors befindet sich derzeit im Stadium der In-vitro-Forschung und tierischen Experimente, und es wird erwartet Rekonstruktion nach Tumorresektion.