注意！最新医用3D打印材料进展都在这里

《3D打印世界》讯/3D打印解剖模型、导板和植入物将成为未来病人治疗尤其是复杂手术中不可或缺的一部分。根据美国消费者技术协会（CTA）和物流巨头联合包裹服务（UPS）公司联手发布的一份报告，2020年3D打印市场预计将增长到210亿美元，而医疗设备将在这个增长的市场中占15%的份额。有趣的是，近日美国食品和药物管理局（FDA）发布了针对3D打印医疗设备的准则草案，也就意味着3D打印将作为医疗的一种主流技术的进程已经在加速，其中最最关键的环节便是所用材料是否具有生物相容性以及是否可以通过相关认证许可，近期《3D打印世界》发现在这方面已经有了一些新的进展。

guidel!ne：通过FDA认证的高强度医用3D打印线材

guidel!ne 是由3D打印线材制造商Taulman3D开发出一款最新线材，已经通过FDA和ISO 10993等级认证，十分适合用来制造具有生物相容的3D打印医疗服务产品，包括手术工具和植入物。

这是一种基于PETG的材料，具有透明、高强度的特性。其独特的热分布使得它的高温打印性能优异，在进行高温打印的时候不会发生变形，能保持良好的打印效果，使用guidel!ne可以轻易地打印出防水部件和空心管。

另外，因其能承受更高的打印温度，所以可以有效地作为医用级尼龙的支撑材料，它能提供足够的粘附力形成机械支撑，同时也很容易去除。

guidel!ne线材的规格如下：

拉伸强度：6850psi（高于他们最强的TECH-G）

断裂伸长率：5.9，有281469psi的模量

热变形温度：70

软化温度：100C

打印温度：250C

DentalSG：用于牙科的具有生物相容性的3D打印树脂

Dental SG是由知名光固化（SLA）桌面型3D打印机制造商Formlabs近期推出的首款生物相容性树脂，专用于牙科。

Dental SG已经经过1类材料认证，牙医可以使用DentalSG和该公司的Form 2 3D打印机打印定制化的手术导板、培训模型、漂白托盘、牙架、矫正器等。

通常，医用3D打印常常要求工业级的设备，这对大多数的牙科实验室和诊所来说价格和运营成本难以承受，Formlabs推出的光固化桌面3D打印机以及通过认证的树脂材料使得他们在自己的试验台上就打印出自己所需的工具。

可吸收生物陶瓷材料可用于骨骼修复

这是由欧洲的一个研究项目RESTORATION开发出的可吸收生物陶瓷材料，可用于三种不同的应用：下颌骨、脊椎和膝盖。这材料可以模拟骨骼结构，而且可以通过设计并3D打印出详细匹配植入部位的机械要求的植入物。此外，一些陶瓷还具有生物活性，这意味着它们可以被人体充分吸收。

目前，由于已经获得了最终的成果，该项目现在即将结束。但是一些合作伙伴将利用其成果，在未来几年内向市场推出新的技术。通过进一步的开发，JRI Orthopaedics可能会在该项目已开发产品的基础上做进一步的研发，创造出一些副产品，比如可以用做骨填充的生物陶瓷，和一个用于治疗骨骼软骨缺损的3D打印插头等。

据了解，这种使用“功能梯度生物陶瓷复合材料”3D打印的插头（如上图所示），是专门针对膝关节的，可以提供关节炎的早期干预。外科医生只需要一个微创手术技术，该插头即可匹配患者骨骼的力学性能，提供即时的稳定性，而且可以通过细胞、蛋白、生长因子和药物强化。

与此同时，该项目的其它合作伙伴包括Sagetis Biotech开发出一种聚合物浆料，而Bionica Tech/COREP开发的则是一种被称为Spine-Ghost的骨诱导复合水泥，这两种材料都可以用于修复断裂的椎骨。此外还有一些技术尚在发展的早期阶段，需要做进一步的研究来达到商业化。比如一种全新的颌面骨折固定板的设计，以及可以用于软骨修复的可注射材料等。

生物玻璃：替代软骨的3D打印应用

伦敦帝国学院（Imperial College London）和Milano-Bicocca大学的研究人员们已经开发出一种生物玻璃材料可以模拟真正软骨组织的减震和承重性。它可以通过特定的配方来表现出不同的特性。

科学家们希望能够用它来开发植入物以取代椎骨之间受损的软骨盘。软骨是位于关节和脊椎之间的一种柔软的缔结组织，这种组织受到损伤之后很难修复。科学家们相信，它也有可能刺激软骨的细胞生长，这在以前是不可能通过传统的方式实现的。

据了解，这种生物玻璃是由硅和一种叫做聚己内酯的聚合物组成的。它能够表现出类似软骨的属性，包括柔软、强韧、耐久而具弹性。它可以通过一种可生物降解的墨水形式生成，使得研究人员可以将其3D打印成某种特定的结构以促进软骨细胞在关节内的形成和生长。

可优化3D打印骨骼的材料配方

约翰·霍普金斯大学的研究人员4月18日在线发表在《ACS Biomaterials Science & Engineering》杂志上的一篇论文，论文称，每年都会有大约20万人因为出生缺陷、创伤或手术原因需要更换头部或者脸部的骨骼。迄今为止，最好的治疗方案是从病人不承担身体重量的腓骨上取下一段骨头，然后把它切成所需的形状然后植入正确的位置。但是该校医学院生物医学工程系副教授Warren Grayson博士认为，这种方法不仅会造成腿部创伤，而且由于腓骨相对比较直，难以跟脸部的曲线拟合得特别好。

为此，Grayson和他的团队希望找到一种复合材料来3D打印骨骼支架，这种材料要能够将塑料的强度和可打印性与天然骨里存在的生物“信息”结合起来。最终科学家将聚己内酯（PCL）——一种可降解聚酯与骨粉混合在一起，这种骨粉是将牛膝盖骨内部的多孔骨骼剥离细胞之后粉碎制成的，结果表明，骨粉含量为30%和70%的混合物表现出色。

为了研究该支架是否能够刺激骨骼形成，研究人员通过吸脂术为支架添加人类脂肪源性干细胞，并将支架浸在缺乏亲骨成分的营养培养基中。三周之后，在含有70%粉骨的支架上的细胞的基因活性比纯PCL支架上生长的细胞高出几百倍，而在含有30%的骨粉的支架上的细胞的基因活性也很高。

虽然"脱细胞"的牛骨已经被FDA批准可用于临床使用，研究人员们说，在今后的研究中，他们希望能测试人类骨粉，因为后者的临床应用更为广泛。

研究人员使用钛钽合金改进3D打印植入物的应力吸收

由于其出色的物理性能和抗感染性，钛合金是制造诸如膝关节/髋关节植入物这样的骨科装置的首要选择。日前，来自新加坡科技研究局（A*STAR）的一个研究团队发现使用具有有趣属性的钛、钽粉末可以3D打印出具有更好的应力吸收能力的定制植入物。

理论上说，钛、钽元素组成的合金是绝对没有问题的，因为这两种金属都拥有生物相容性，而且其机械属性要优于纯钛。但是钽金属的熔点非常高（超过3000摄氏度），这就意味着将钛金属变成可用于SLM技术的球形金属粉末在经济上基本不可行。而市场上常见的钽粉通常是通过气体雾化形成的长条形粗糙微粒。

为了克服这一问题，研究团队将这种粗糙的钽金属粉与另外一种市场上现成的微球形钛金属粉末混合在一起。在将这两种材料混合半天之后，他们观察到这种混合物可以铺设得更加均匀，更便于SLM技术使用。显微镜实验揭示在混合之后钛金属的球形形状仍然保留，这是该混合物可成功用于3D打印的关键。

研究人员预计，这种钛钽合金将能够减轻“应力遮挡”效应，所谓的“应力遮挡”效应是指植入物的硬度过高导致其邻近的骨骼得不到足够的力学刺激而导致骨质疏松的现象。

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