近年來生物醫用材料的需求快速增長,2005年全世界的生物醫用材料的市場總額已經達到了2100億(yi) 美元,我國的銷售總額也達到800億(yi) 元人民幣,其中醫用種植生物材料占了很大比重,主要用於(yu) 恢複組織、器官的結構與(yu) 功能。金屬及金屬基生物材料因具有較好的力學性能,在臨(lin) 床上已成為(wei) 植入材料的主流。
但是,醫用植入體(ti) 大多需要針對患者個(ge) 體(ti) 實現個(ge) 性化設計與(yu) 製作,這在技術上具有很大的難度,並產(chan) 生高成本和長周期等問題。迄今為(wei) 止,金屬植入體(ti) 的製作多采用鍛造或鑄造方法,加工工藝繁複、加工周期長、成本高昂,這成為(wei) 阻礙其發展的主要問題。與(yu) 傳(chuan) 統的加工方法相比,激光成形製備生物材料,不僅(jin) 可以節約時間和材料,簡化工藝步驟,實現數字化、無模化近終成形,還能實現個(ge) 性化設計和加工,滿足不同患者的個(ge) 性化需求,因此在生物醫用材料製備領域具有重大應用價(jia) 值。
近年來,激光立體(ti) 成形技術的研究逐漸興(xing) 起,由於(yu) 該技術可以實現具有複雜形狀的高性能致密金屬零件的快速成形,為(wei) 高性能醫用植入體(ti) 的製備提供了一條重要途徑,受到了生物醫用材料領域的廣泛重視。
所謂激光立體(ti) 成形技術(Laser Solid Forming,LSF),其基本原理是:首先在計算機中生成零件的三維模型,然後將該模型按一定的厚度分層“切片”,即將零件的三維數據信息轉換成一係列二維輪廓信息,再采用激光塗覆的方法,利用激光使粉末熔化凝固形成冶金結合,按照輪廓軌跡逐層堆積材料,最終形成三維實體(ti) 零件毛坯。
激光立體(ti) 成形技術可以製備完全致密的零件,同時粉末被熔化後快速冷卻,得到的材料組織細密、無成分偏析,使得所製備的醫用金屬零件具有很高的力學性能和耐腐蝕性能;而且,通過適當的氣氛保護,可使製備過程中合金成分不受汙染,從(cong) 而保留合金原有的生物學性能。
目前國外已有多家單位,如美國華盛頓州立大學,俄亥俄州州立大學,路易斯維爾大學和德國亞(ya) 琛大學等,開展了激光立體(ti) 成形製備鈦合金、不鏽鋼脊椎,關(guan) 節,類骨及生物多孔材料的研究。
我國西北工業(ye) 大學凝固技術實驗室和第四軍(jun) 醫大學也已將激光立體(ti) 成形應用於(yu) 牙科植入體(ti) 的製備。他們(men) 利用激光立體(ti) 成形技術所製備的純鈦植入體(ti) 組織細密,其拉伸、屈服、延伸率以及疲勞性能均完全能夠滿足牙科植入物對力學性能的要求,在人工唾液和含氟溶液中的耐電化學腐蝕和耐應力腐蝕性能優(you) 於(yu) 工業(ye) 純鈦,且具有優(you) 良的生物安全性和生物相容性。
他們(men) 還采用激光立體(ti) 成形技術利用CaCO3和CaHPO4混合粉末在激光作用下在鈦合金表麵合成了生物活性良好的羥基磷灰石塗層。實驗結果表明該塗層材料對肌肉、紅係細胞及成纖維細胞均無毒副作用;複合體(ti) 植入動物體(ti) 內(nei) 後,無炎症反應,無組織增生、壞死或致畸等不良反應,顯示其良好的血液相容性和組織相容性。
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