人工生物活性骨骼的快速制造方法研究

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1、Ct生物摩擦學與人工關(guān)節(jié)學術(shù)研討會議論文人工生物活性骨骼的快速制造方法研究+李滌塵吳永輝盧秉恒(西安交通大學機械I：程學院)王臻桑宏勛(第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院骨科)播要一本文聃^造骨骼整體制造的角度出發(fā)，將骨骼結(jié)構(gòu)、材料合成、生物活性等因素綜合考慮，提出r基于訃層常吐i宣的人造骨生物活性復合成型的設想它包括(1)定制的骨骼的外形與微觀組織的CAD建模；(2)快速加工具有骨骼的內(nèi)外結(jié)構(gòu)的托架；(3)復合上生物因子和細胞：(4)注入自凝固羥基磷灰石．從柵造工藝上將宏觀和微觀CAD與成型、’材料合成、骨生長因子復合三個過程集成化．以滿足骨骼成形的個體適配、快速、生物降解等要求

2、。人體骨骼的快速謄復與制造是一門涉及制造、材料、生物、醫(yī)學等多學科交叉的問題，在學科理論和實際應用上部有重要意義．。：’E尸一石隨著人類的發(fā)展與社會的進步，人的生命價值被r‘泛認同。疾病、事故和戰(zhàn)爭導致大量人體創(chuàng)傷，其中人體骨骼的病變和損傷使得許多人成為殘疾而失去基本生活能力。這給病人的家庭和社會都帶來了極大的影響。醫(yī)學界一直致力于解決人體骨骼的材料、成型、植入和再生性的研究。目前骨科學的研究主要集中在骨的生物特性研充通過兩種方法解決骨缺損的修復問題，一是通過人身自身的生物機能進行骨骼的再生或植^帶有骨生長因子的小塊異種骨誘導骨生長，這些方法效果較好，但時間長、見效慢

3、．只適合于小塊缺損骨的修復。另一種方法是用人造材料(塑料、金屬、陶瓷)制成替?zhèn)髟佟舶巳梭w．這種方法可以解決大塊缺損骨骼的修復。但是由于這些替代骨骼在內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如不能形成骨松組織)、生物活性和可降解性方面的不完備性，植入人體后，與人的組織相容性差．因而修復效果不甚理想。如何制造出具有生物活性的替代骨是骨科學研究的一個中心問題之一，也是組織工程學的主要研究方向。人體骨骼的制造和修復是一個涉及材料、成型、生物、醫(yī)療等多學科知識的學科．是一．67．門跨領域的交叉學科，需要多方面的科研人員不斷探索?？焖俪尚图夹g(shù)(RapidPrototyping)是九十年代發(fā)展起來的先進制造技

4、術(shù)．采片j材料累加原理進行逐層累積成型，它無需刀具和繁瑣的工藝就可快速由CAD數(shù)據(jù)或測量數(shù)據(jù)直接成型出三維實體。在成型方法E，尤其適合復雜形狀的快速成型?？焖僭椭圃旒夹g(shù)(RP)在醫(yī)學上的應用是國際上一個新自g研究方向，如，人體與器官的模型制造、手術(shù)的模擬、人工假肢的制造等。美國Dayton大學在利用LOM法，將羥基磷灰石(HA)／Glass制成薄片來制造人工骨；美國Midli辨n大學利用光固化(sL)的方法，將光敏樹脂中加入羥基磷灰li(HA)米制造人J：骨；M1T的研究人員利州3DP的方法研究制造具有微觀結(jié)構(gòu)和藥物緩釋體的人I：骨。美國Wohlers協(xié)會Terry

5、tWohlers認為“RP在生物醫(yī)學上的應用尚是一個沉睡的巨人”。此方面的研究將是一個新的研究熱點。但國外的幾種研究方法無法實現(xiàn)骨質(zhì)組織的微細結(jié)構(gòu)成型和生物活性物質(zhì)的植入，因此，難以在實踐中實現(xiàn)成型、生物機構(gòu)、生物活性的統(tǒng)一。生物制造是未來制造技術(shù)一個新的發(fā)展方向，將為醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展注入新的活力。’國家自然科學基金(No．5997卯W)資助項目高等學校優(yōu)秀青年教師教學和獎I西摹金資助j乙———————T焉蕊鼠了==l匪曩曩■■—匿曩瞳曩曩●==．．：=蕊—囂覆曩曩羼曩圈—■■盈固F翟甄H■‘一?C生物摩擦學與人工關(guān)節(jié)學術(shù)研討會議論文l生物活性骨的要求從醫(yī)學觀點而言，人

6、工制造的替代骨，應滿足下幾方面的要求：(1)替代骨形狀要與被替代骨形狀基本—樣，以利丁-保持與原有其它器官和組織的匹配。(2)替代骨內(nèi)部要具有與原骨組織相近的骨髓腔和骨質(zhì)組織結(jié)構(gòu)(如，外環(huán)骨板、哈佛氏骨板、內(nèi)環(huán)骨扳和間骨板)，以保證替代骨J贊骨后的結(jié)構(gòu)恢復良好的功能。(3)骨酪的材料要有可降解性，可以逐漸被人體再生骨組織所替代。目前常用的金屬材料如鈦臺金)難以實現(xiàn)這一要求。(4)為了使替代骨很快與^體，傲循環(huán)組織聯(lián)通，促進骨組織的生長，在替代骨內(nèi)部應殖入骨生睦因子。^造骨骼的成型過去主要靠機加工(金屬)和粉末燒結(jié)(陶瓷)的方法實現(xiàn)，近年來快速成型技術(shù)的發(fā)展，可以實現(xiàn)由

7、CT數(shù)據(jù)到金屬骨骼的快速制造，很好的解決替代骨的外形與被替代骨一致性的問題。但是除了骨骼的外形結(jié)構(gòu)外，骨骼的內(nèi)部徽結(jié)構(gòu)也是一個非常重要的因素。一般骨骼骨質(zhì)都由相互導通的規(guī)則微空洞組成，人體的血液通過這些小孔進行循環(huán)和代謝形成骨組織。沒有這些徽結(jié)構(gòu)．骨骼將失去活性。因此，骨骼的成型不僅要考慮外形的制造還必須考慮內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的成型。盡管現(xiàn)在用粉末燒結(jié)的方法可以形成微孔組織，但由于其成孔是隨機和非完全貰通．這樣的結(jié)構(gòu)不符合骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，難以實現(xiàn)哥骼的功能和骨組織的生長。另外．骨細胞或骨生長園子從骨表面長入骨內(nèi)部的空洞中，需要較長的時間，這樣勢必導致因此，骨組織的