引言 Introduction

醫(yī)用鈦合金生物性能優(yōu)異，耐腐蝕性好，比強(qiáng)度高，耐疲勞性好，生物相容性極佳，且力學(xué)性質(zhì)接近人體骨骼，已廣泛用于個(gè)性化醫(yī)療領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014至2016年，鈦加工材料在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用分別達(dá)到了698噸、884噸和1 834噸，其中2016年的增長(zhǎng)率高達(dá)107%[1]。隨著越來(lái)越多的試驗(yàn)研究和臨床應(yīng)用，鈦合金在牙科和骨科材料方面的應(yīng)用越來(lái)越具有突出的優(yōu)越性。在牙科領(lǐng)域，鈦及鈦合金廣泛用來(lái)制作冠橋修復(fù)體、牙種植體、義齒支架、正畸弓絲、種植體基臺(tái)、鈦板、鈦釘、正畸支抗釘?shù)萚2-3]。在骨科領(lǐng)域，鈦合金也得到了廣泛應(yīng)用，是生產(chǎn)人工關(guān)節(jié)假體(如髖、膝、踝、肩、肘、腕、指關(guān)節(jié)等)、骨接合產(chǎn)品、骨創(chuàng)傷產(chǎn)品(如螺釘、鋼板、骨髓內(nèi)釘?shù)?和脊柱內(nèi)固定系統(tǒng)的理想材料[4-5]。

傳統(tǒng)的鈦合金加工方法主要采用鑄造工藝，但鑄造工藝存在很多縮孔、內(nèi)孔、表面粗糙不光潔、龜裂、精度差等問(wèn)題，很難滿足當(dāng)前個(gè)性化醫(yī)療的高要求。另外，鈦及鈦合金屬于高活性、易氧化的金屬合金材料，制作環(huán)境要求嚴(yán)苛，生產(chǎn)成本很高。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)新的生產(chǎn)技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)制造方法的不足。3D打印激光快速成型技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如生產(chǎn)周期短、制造精度高、工藝簡(jiǎn)單便捷等，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)鑄造工藝的不足[6]。

金屬3D打印是一種基于激光、電子束等熱源熔化金屬粉末的快速制造技術(shù)，能夠成型復(fù)雜形狀零件，進(jìn)行個(gè)性化定制服務(wù)，成型精度高、節(jié)約材料，對(duì)于復(fù)雜物品具有很高的成本優(yōu)勢(shì)，并且簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)能環(huán)保，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)已經(jīng)漸漸凸顯。

目前，制備純鈦和鈦合金的3D打印技術(shù)主要有電子束熔化(electron beam melting，EBM)、選區(qū)激光熔化(selective laser melting ， SLM) 和 選 區(qū) 激 光 燒 結(jié)(selective laser sintering，SLS)。3種技術(shù)原理大致相同，但存在差異。SLS加工前需要使用高分子聚合物或低熔點(diǎn)金屬作為粘結(jié)材料，燒結(jié)過(guò)程中才能與高熔點(diǎn)金屬相融合。因而該技術(shù)加工步驟很繁瑣，成型過(guò)程中的各種因素都會(huì)極大地影響零件精度[7]。因而在SLS技術(shù)的基礎(chǔ)上誕生的SLM技術(shù)更適合用于鈦合金的打印。而SLM和EBM都是以高能束流為熱源，選擇性地熔化金屬粉末而成型，工作原理大致為：鋪粉裝置在加工倉(cāng)上鋪上一層金屬粉末，根據(jù)每一層的切片數(shù)據(jù)，加工熱源選擇性地熔化金屬粉末，得到成型零件的每一層形狀，然 后加工倉(cāng)下降一層，鋪粉裝置再鋪一層金屬粉末，熱源再繼續(xù)熔化該層粉末，如此逐層累積，最終得到成型的金屬零件。不同的是，SLM采用激光為熱源，在惰性氣體條件下熔化成形；EBM采用電子束為熱源，在真空條件下熔化成形。兩種工藝各有各的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，分別可應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。

目前很多學(xué)者都在致力于研究3D打印技術(shù)用于個(gè)性化醫(yī)療領(lǐng)域的適宜性。劉一帆等[8]應(yīng)用SLM工藝生產(chǎn)鈦合金可摘局部義齒支架，并對(duì)其適合性進(jìn)行研究，指出SLM技術(shù)制作的鈦合金可摘局部義齒支架的適合性基本滿足臨床要求。陳光霞等[9]針對(duì)傳統(tǒng)制造方法在鈦及鈦合金可摘除局部義齒支架制造中的不足，使用自主開(kāi)發(fā)的SLM快速成型設(shè)備及相關(guān)的軟件控制系統(tǒng)生產(chǎn)義齒支架，并進(jìn)行了大量的工藝試驗(yàn)研究，不斷優(yōu)化工藝參數(shù)，制造出鈦合金可摘除局部義齒支架。證實(shí)SLM技術(shù)完全可以滿足鈦及鈦合金支架的生產(chǎn)要求。

由于新興的3D打印技術(shù)的操作流程與傳統(tǒng)的加工過(guò)程存在較大差異，3D打印技術(shù)生產(chǎn)的鈦及鈦合金產(chǎn)品是否具備生物醫(yī)用材料所需要的安全性是業(yè)界普遍關(guān)注的問(wèn)題。生物醫(yī)用材料用于人體時(shí)，不能引發(fā)材料結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生質(zhì)變，醫(yī)用材料與組織器官的反應(yīng)應(yīng)處于可接受的水平，不應(yīng)引起人體細(xì)胞、血液和器官發(fā)生過(guò)敏、炎癥及化學(xué)等不利反應(yīng)，不能出現(xiàn)人體異物排斥反應(yīng)[10]。為了更好地研究3D打印技術(shù)在數(shù)字化、定制化及個(gè)性化醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，文獻(xiàn)分析了3D打印鈦及鈦合金在耐腐蝕性、生物相容性方面的研究進(jìn)展，以更好地評(píng)價(jià)其生物安全性，為3D打印鈦及鈦合金在下一步的臨床應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1、 資料和方法 Data and methods

1.1 資料來(lái)源 

作者應(yīng)用計(jì)算機(jī)檢索中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索時(shí)間為1980年至2018年1月，檢索關(guān)鍵詞為“3D打��；選區(qū)激光熔化；電子束熔化；選區(qū)激光燒結(jié)；SLM；EBM；SLS；鈦；鈦合金；Ti-6Al-4V；耐腐蝕；生物相容性；3D printing；biocompatibility；selectivelaser melting；selective laser sintering；electron beammelting”等。

1.2 入選標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：3D打印鈦及鈦合金生物相容性、生物安全性、耐腐蝕性方面的原創(chuàng)性試驗(yàn)研究文獻(xiàn)。

排除標(biāo)準(zhǔn)：非原創(chuàng)性研究文獻(xiàn)、綜述。

1.3 數(shù)據(jù)提取與質(zhì)量評(píng)價(jià) 

共獲得13篇文獻(xiàn)對(duì)3D打印鈦及鈦合金的生物安全性進(jìn)行研究[11-23]。其中文獻(xiàn)[11-12]為3D打印純鈦的生物相容性研究，文獻(xiàn)[13-16]是3D打印鈦合金的耐腐蝕性研究，文獻(xiàn)[13-23]是3D打印鈦合金的生物相容性研究。文獻(xiàn)檢索流程見(jiàn)圖1。

2、 結(jié)果 Results

2.1 3D打印純鈦的生物相容性研究 

戴宜君等[11]研究了SLM打印技術(shù)對(duì)鈦金屬生物相容性的影響。他們采用SLM技術(shù)和傳統(tǒng)鑄造技術(shù)分別制作SLM純鈦和鑄造純鈦試樣，分別進(jìn)行細(xì)胞毒性試驗(yàn)和皮下埋植試驗(yàn)，細(xì)胞毒性試驗(yàn)結(jié)果顯示SLM和鑄造組的細(xì)胞相對(duì)增值率為88.20%-101.71%，細(xì)胞毒性為1級(jí)。皮下埋植試驗(yàn)結(jié)果顯示2組金屬試件植入后，植入部位均無(wú)滲血、化膿和試件被排出的現(xiàn)象，周圍組織沒(méi)有出現(xiàn)明顯炎癥反應(yīng)，無(wú)感染或壞死，且隨時(shí)間延長(zhǎng)，組織正常生長(zhǎng)。由此得出，采用SLM和傳統(tǒng)鑄造法制作的純鈦試件均無(wú)細(xì)胞毒性，植入大鼠體內(nèi)后不會(huì)引起明顯炎癥反應(yīng)。SLM技術(shù)不會(huì)改變純鈦的生物相容性，該工藝與傳統(tǒng)鑄造法制作的純鈦試件在生物相容性方面并無(wú)明顯差異，SLM技術(shù)可用于口腔臨床。

朱娟芳[12]利用激光快速成形技術(shù)制作純鈦植入材料，將傳統(tǒng)方法加工的純鈦?zhàn)鳛閷?duì)照組。首先分別從細(xì)胞毒性、口腔黏膜刺激、溶血、急性全身毒性和骨內(nèi)植入試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)激光快速成形純鈦的生物安全性，然后，對(duì)比觀察激光快速成形純鈦和醫(yī)用鈦在不同溶液中的金屬離子析出情況、應(yīng)力加載下的耐腐蝕情況，以及氟離子和pH值對(duì)電化學(xué)行為的影響情況等，來(lái)評(píng)價(jià)激光快速成形純鈦的耐腐蝕性。結(jié)果顯示激光快速成形純鈦的細(xì)胞毒性測(cè)試結(jié)果為0級(jí)，對(duì)黏膜無(wú)刺激反應(yīng)。溶血率為2.68%，不會(huì)引起急性溶血反應(yīng)。激光快速成形純鈦浸提液注射入動(dòng)物體內(nèi)后，觀察期內(nèi)無(wú)急性毒性反應(yīng)。

骨內(nèi)埋植試驗(yàn)顯示種植體與骨組織緊密接觸。在不同溶液中，激光快速成形純鈦的鈦離子析出量均低于傳統(tǒng)方法加工的純鈦。在應(yīng)力和氟離子的共同作用下，傳統(tǒng)方法加工的純鈦比激光快速成形純鈦的腐蝕程度更嚴(yán)重。由此得出結(jié)論，激光快速成形純鈦具有優(yōu)良的生物安全性和更優(yōu)的耐電化學(xué)腐蝕及耐應(yīng)力腐蝕性能，見(jiàn)表1。

2.2 3D打印鈦合金的耐腐蝕性研究 

趙冰凈[13]利用EBM和SLM工藝制作Ti6Al4V試件，以傳統(tǒng)鍛造試件作為對(duì)照。應(yīng)用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)、浸泡實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞培養(yǎng)液離子析出實(shí)驗(yàn)檢測(cè)三組試件的耐腐蝕性。電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，電極電位< 1 200 mV時(shí)，SLM試件的耐腐蝕性最強(qiáng)；電極電位> 1 200 mV時(shí)，EBM試件的耐腐蝕性最強(qiáng)。浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示SLM試件的耐腐蝕性最強(qiáng)。培養(yǎng)液金屬離子析出濃度顯示SLM試件Al和V離子的析出量最少， 3種試件Al和V離子的析出量均為微克級(jí)，不會(huì)影響細(xì)胞黏附及增殖。證實(shí)EBM與SLM工藝制作的鈦合金試件均具有良好的耐腐蝕性。蔣軍杰[14]采用SLM技術(shù)制備TC4鈦合金塊狀試件，按打印態(tài)、退火態(tài)和軋制態(tài)合金試樣，在SBF仿生溶液和Ringer’s生理鹽液中進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。在SBF仿生溶液和Ringer’s生理鹽液中，SLM成型TC4合金的耐腐蝕性優(yōu)于傳統(tǒng)鑄軋工藝制備的TC4合金。王勇等[15]采用SLM技術(shù)制備TC4合金，通過(guò)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了SLM成型TC4的生物腐蝕性能。材料的自腐蝕電位和極化電阻按照軋制態(tài)、退火態(tài)、打印態(tài)的順序依次增加，證實(shí)SLM相比于傳統(tǒng)鑄軋工藝有著更好的耐蝕性能。Chen等[16]采用SLM技術(shù)制備Ti6Al4V塊體樣品，檢測(cè)了樣品分別在X、Y、Z三個(gè)平面上的耐腐蝕性，并與商業(yè)軋制鈦合金板進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明SLM鈦合金板在Y平面和Z平面具有最好的耐生物腐蝕性，優(yōu)于X平面樣品，也優(yōu)于商業(yè)軋制鈦合金板(表1)。

2.3 3D打印鈦合金的生物相容性研究 

趙冰凈[13]利用

EBM和SLM工藝制作Ti6Al4V試件，以傳統(tǒng)鍛造試件作為對(duì)照，3組試件進(jìn)行體外研究；將EBM與正常組織進(jìn)行體內(nèi)研究。首先，采用掃描電鏡及細(xì)胞計(jì)數(shù)法，觀察幾種工藝試件表面骨髓基質(zhì)干細(xì)胞黏附及增殖情況，結(jié)果顯示骨髓基質(zhì)干細(xì)胞在EBM、SLM、傳統(tǒng)鍛造三種試件上的黏附增殖能力相近，細(xì)胞數(shù)量隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而明顯增加，細(xì)胞形態(tài)也隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而明顯變化。其次，采用透射電鏡觀察幾種工藝試件的骨髓基質(zhì)干細(xì)胞及比格犬皮下植入后的肝腎組織超微結(jié)構(gòu)是否損傷，結(jié)果顯示骨髓基質(zhì)干細(xì)胞及比格犬肝腎組織超微結(jié)構(gòu)與鍛造件及正常肝腎組織無(wú)明顯差別，無(wú)受損跡象。再次，采用組織學(xué)染色及大體觀察法觀察到試件周圍被一層纖維組織囊包繞，未發(fā)現(xiàn)炎癥組織及金屬顆粒。最后，采用彗星實(shí)驗(yàn)檢測(cè)比格犬皮下植入手術(shù)后的肝腎組織DNA，未發(fā)現(xiàn)受損傷。由此看出，EBM和SLM工藝制作的鈦合金試件生物相容性良好，均適合應(yīng)用到體內(nèi)。

王宏[20]采用EBM和SLM工藝制備鈦合金試樣，測(cè)試細(xì)胞毒性和溶血率，進(jìn)行皮膚刺激及皮膚致敏試驗(yàn)，評(píng)價(jià)不同3D打印技術(shù)成型的鈦合金試樣的生物相容性。體外細(xì)胞試驗(yàn)結(jié)果顯示EBM和SLM兩種工藝制備的鈦合金試樣對(duì)犬骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的生長(zhǎng)和成骨分化能力均沒(méi)有明顯影響。2種工藝的鈦合金試樣的溶血率分別為2.24%和2.46%，血液相容性良好。EBM和SLM成型的鈦合金試樣均對(duì)皮膚沒(méi)有刺激性和致敏性。

蔣軍杰 [14]采用SLM技術(shù)制備TC4鈦合金塊狀試件，檢測(cè)溶血率和細(xì)胞毒性。結(jié)果顯示，合金不會(huì)引起急性溶血，血液相容性優(yōu)良；細(xì)胞毒性均為0級(jí)，細(xì)胞相容性良好。王勇等[15]采用SLM技術(shù)制備TC4合金，通過(guò)溶血實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)測(cè)試其生物相容性，證實(shí)SLM成型及退火后的TC4合金血液相容性優(yōu)良，兩種狀態(tài)合金的細(xì)胞毒性均為0級(jí)。張雷青[17]通過(guò)SLM 3D打印機(jī)打印出鈦合金標(biāo)準(zhǔn)試件，同時(shí)采用失蠟鑄造法制備純鈦的標(biāo)準(zhǔn)試件，利用MTT法測(cè)試試件的細(xì)胞毒性。結(jié)果顯示SLM成型鈦合金及鑄造純鈦試件均無(wú)明顯細(xì)胞毒性，都在臨床允許的范圍以內(nèi)，符合牙科學(xué)對(duì)于金屬材料細(xì)胞毒性的要求。董研等[18]分別用失蠟鑄造、SLM技術(shù)制備純鈦(鑄造)/鈦合金標(biāo)準(zhǔn)試件，用MTT法測(cè)試其細(xì)胞毒性。鑄造純鈦和SLM成型鈦合金細(xì)胞毒性均為0至1級(jí)，符合牙科學(xué)對(duì)于金屬材料細(xì)胞毒性的要求。

毛夢(mèng)蕓[19]用SLS制備Ti6Al4V試件，進(jìn)行體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。活/死細(xì)胞染色實(shí)驗(yàn)顯示細(xì)胞接種在鈦板表面24 h后黏附情況較好，活細(xì)胞數(shù)量明顯大于死細(xì)胞數(shù)量。隨著培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)，細(xì)胞數(shù)量迅速增加，第7天時(shí)已融合90%以上。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示種植體與骨界面形成骨結(jié)合，有新生骨組織長(zhǎng)入內(nèi)部空隙，可見(jiàn)大量成骨細(xì)胞及骨小梁結(jié)構(gòu)。骨結(jié)合率隨著孔隙率的升高和培養(yǎng)周期的延長(zhǎng)而增加。證實(shí)SLS制備的Ti6Al4V試件多孔材料無(wú)細(xì)胞毒性，該材料有利于細(xì)胞黏附和增殖，有利于骨組織長(zhǎng)入孔隙并形成良好的骨結(jié)合，具有良好的生物相容性。

Lin等[21]采用SLM和傳統(tǒng)技術(shù)制作鈦合金板，使用CCK-8測(cè)定培養(yǎng)基提取物的L929成纖維細(xì)胞的代謝情況，通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察其形態(tài)來(lái)評(píng)估細(xì)胞相容性，結(jié)果顯示3D打印鈦合金板的細(xì)胞相容性不低于常規(guī)板。將提取物注射到小鼠的尾靜脈中，注射后，小鼠的活動(dòng)、飲食和排泄正常。連續(xù)4 d測(cè)量小鼠的體質(zhì)量變化，都沒(méi)有出現(xiàn)顯著差異，說(shuō)明樣品無(wú)急性全身毒性。最后，將其植入兔的背部肌肉來(lái)研究組織相容性，植入后兔子的傷口愈合都很好，沒(méi)有觀察到組織損傷或炎癥改變。

體外結(jié)果表明3D打印鈦合金板的細(xì)胞相容性與常規(guī)板相似。體內(nèi)數(shù)據(jù)也證實(shí)了兩種制造技術(shù)的組織相容性類似�？傊�，體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)都表明3D打印鈦合金板材具有良好的生物相容性。

Tan等[22]通過(guò)SLM和EBM方法制造Ti6Al4V支架，通過(guò)體外研究和體內(nèi)研究評(píng)價(jià)了其生物相容性，提出金屬3D打印在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有極高的潛力。Yang等[23]通過(guò)激光束熔化3D 打印技術(shù)制造3 種孔徑的多孔Ti6Al4V植入物模型。對(duì)于體外研究，進(jìn)行植入物的生物相容性和成骨能力試驗(yàn)，結(jié)果表明樣品在細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移和黏附方面表現(xiàn)出很好的生物相容性(表1)。

3、 討論 Discussion

醫(yī)用材料對(duì)于生物性能的要求極高，生物相容性是醫(yī)用材料應(yīng)用于人體后與機(jī)體之間發(fā)生相互作用，醫(yī)用材料與人體機(jī)體對(duì)相互作用的反應(yīng)能力能夠保持相對(duì)穩(wěn)定而不會(huì)相互排斥[24]。金屬鈦具有同素異構(gòu)相轉(zhuǎn)變，可由低溫α相轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷?beta;相。早在20世紀(jì)40年代初期，Bothe等首先把純鈦引入到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，隨后，Branemark將純鈦用于口腔種植體后，純鈦?zhàn)鳛橥饪浦踩爰�材料得到大范圍�?yīng)用。純鈦等α型鈦合金雖然在生理環(huán)境中抗腐蝕性能優(yōu)良，但其強(qiáng)度較低、耐磨性較差，從而限制了骨科領(lǐng)域的使用。α+β型鈦合金Ti6Al4V強(qiáng)度較高，綜合加工性能優(yōu)異，在20世紀(jì)70年代后期已經(jīng)被廣泛用于制作外科修復(fù)或替換材料[25-26]。

傳統(tǒng)工藝制作的鈦及鈦合金已經(jīng)是應(yīng)用非常成熟的生物醫(yī)學(xué)材料，在復(fù)雜及個(gè)性化鈦及鈦合金醫(yī)療器械加工與制造過(guò)程中，也逐漸開(kāi)始運(yùn)用金屬3D打印技術(shù)。

3D打印憑借著加工成形能力強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制、加工周期短、成本降低[27]、可打印材料范圍廣泛[28]、尺寸精度較高等優(yōu)勢(shì)[29]，無(wú)疑已成為研究熱點(diǎn)。在上述研究中，對(duì)于純鈦和鈦合金，不同學(xué)者分別采用SLS、SLM、EBM技術(shù)和傳統(tǒng)鑄造法制作試件進(jìn)行耐腐蝕性實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)、皮下埋植實(shí)驗(yàn)、口腔黏膜刺激實(shí)驗(yàn)、溶血試驗(yàn)、急性全身毒性試驗(yàn)、骨內(nèi)植入試驗(yàn)等，證實(shí)3D打印和鑄造法制作的鈦及鈦合金試件都具有良好的生物安全性，且在某些條件下，3D打印試件的性能更優(yōu)于傳統(tǒng)鑄 軋[11-23]。3D打印技術(shù)不會(huì)改變材料的生物安全性，利用該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，鈦及鈦合金在牙科及骨科等個(gè)性化醫(yī)療領(lǐng)域?qū)��?huì)有更好的應(yīng)用前景。

在牙科領(lǐng)域，3D打印技術(shù)能夠進(jìn)行定制化加工，可以生產(chǎn)精密個(gè)性化修復(fù)體，臨床應(yīng)用效果最佳，比傳統(tǒng)牙床材料具有突出優(yōu)勢(shì)[30]，該技術(shù)在制作牙科支架、冠橋方面已經(jīng)應(yīng)用的較為成熟。在骨科領(lǐng)域，多孔鈦及鈦合金抗腐蝕性能、生物相容性以及與人骨相匹配的力學(xué)性能都非常優(yōu)異，是人體理想的骨科替代植入件[31]。采用SLM或者EBM技術(shù)制作的椎間融合器、髖關(guān)節(jié)以及其他骨科植入物均獲得了較好的臨床效果。2015年9月國(guó)內(nèi)第一個(gè)3D打印人體植入物——人工髖關(guān)節(jié)獲得國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局的注冊(cè)批準(zhǔn)[10]，上市之后該類產(chǎn)品收入增長(zhǎng)迅速。2016年5月和7月，多孔型金屬骨科植入材料椎體假體和椎間融合器分別獲準(zhǔn)注冊(cè)。2018年2月，個(gè)體化下頜骨重建假體也通過(guò)注冊(cè)審批，正式進(jìn)入市場(chǎng)。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)多家企業(yè)的多款金屬3D打印定制化髖臼杯、胸腰椎融合體、股骨部件、長(zhǎng)段骨修復(fù)體、定制融固系統(tǒng)、膝關(guān)節(jié)假體、腕關(guān)節(jié)假體、肩關(guān)節(jié)假體、骨盆假體等產(chǎn)品也在緊鑼密鼓的進(jìn)行臨床試驗(yàn)，未來(lái)1或2年內(nèi)有望獲批上市。國(guó)外早在2007年就有3D打印髖臼杯產(chǎn)品通過(guò)CE認(rèn)證，之后陸續(xù)有3D打印鈦產(chǎn)品通過(guò)CE和FDA認(rèn)證[10]。近幾年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)注冊(cè)的3D打印產(chǎn)品包括定制化鈦金屬顱面植入物、頸椎植入物、脊柱植入物、鈦金屬骶髂關(guān)節(jié)、腰椎骨盆等。這充分肯定了3D打印鈦合金產(chǎn)品在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

多孔鈦材料獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)及粗糙的內(nèi)外表面將有利于成骨細(xì)胞的黏附、增殖和分化，促使新骨組織長(zhǎng)入孔隙，有利于植入體同骨之間形成一個(gè)整體[26，32]。

傳統(tǒng)加工方式很難成型結(jié)構(gòu)如此復(fù)雜的多孔鈦材料，3D打印可以有效解決這個(gè)問(wèn)題。當(dāng)然，多孔鈦商業(yè)化應(yīng)用也面臨著一些難題，如如何實(shí)現(xiàn)孔徑、孔隙率和力學(xué)性能間的最佳匹配，如何清除孔隙中殘留粉末，是否會(huì)有殘留毒性，這些都需要進(jìn)行大量深入的科學(xué)基礎(chǔ)研究[26，33]。再加上器械體積、打印速度、金屬粉末價(jià)格、以及端到端的設(shè)計(jì)、制造、組裝、運(yùn)輸、銷售和操作等瓶頸，也制約了3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用。這些問(wèn)題，有望在未來(lái)不斷地研發(fā)創(chuàng)新中獲得突破。

通過(guò)眾多學(xué)者前期的試驗(yàn)研究，鈦及其合金可以很好的適應(yīng)生物環(huán)境，未來(lái)醫(yī)用鈦及鈦合金的發(fā)展趨勢(shì)正向著整體材料及表面狀態(tài)多尺度設(shè)計(jì)、優(yōu)化自身組織結(jié)構(gòu)、調(diào)控力學(xué)性能、實(shí)現(xiàn)表面功能化方面發(fā)展，要實(shí)現(xiàn)這些，無(wú)疑要大力發(fā)展先進(jìn)的材料加工制造技術(shù)，3D打印必將會(huì)扮演越來(lái)越重要的角色[25]。3D打印鈦及鈦合金具有良好的生物安全性，且可以設(shè)計(jì)、調(diào)控材料自身結(jié)構(gòu)和優(yōu)化性能，相比傳統(tǒng)的鑄造工藝，3D打印具有明顯優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)將極大的推動(dòng)鈦合金產(chǎn)品在個(gè)性化醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

由于3D打印技術(shù)有不同的成型原理，各種技術(shù)受能量來(lái)源、成型方式、工藝參數(shù)等的影響，在實(shí)際應(yīng)用中，有必要根據(jù)具體情況對(duì)3D打印的成型方式、工藝參數(shù)等進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化和改進(jìn)。3D打印制造技術(shù)雖然短時(shí)間內(nèi)還不能與傳統(tǒng)制造并駕齊驅(qū)，但它正被應(yīng)用于醫(yī)療器械原型制作、零部件以及直接制作高度定制或工藝復(fù)雜但產(chǎn)量較少的器械物件等。隨著原材料、制造設(shè)備、關(guān)鍵工藝技術(shù)等方面的不斷突破，3D打印技術(shù)在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

致謝：衷心感謝成都優(yōu)材科技有限公司領(lǐng)導(dǎo)同事們給予的熱情幫助和耐心解惑。

作者貢獻(xiàn)：文章資料收集、成文由吳利蘋完成，審校、修改由鄒善方、劉睿誠(chéng)完成，審核、批準(zhǔn)由曾益?zhèn)ネ瓿伞?/p>

經(jīng) 費(fèi) 支 持 ： 該 文 章 接 受 了 “ 四 川 省 科 技 廳 重 點(diǎn) 研 發(fā) 項(xiàng) 目(2018GZ0298)”的資助。所有作者聲明，經(jīng)費(fèi)支持沒(méi)有影響文章觀點(diǎn)和對(duì)研究數(shù)據(jù)客觀結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析及其報(bào)道。

利益沖突：文章的全部作者聲明，在課題研究和文章撰寫過(guò)程中不存在利益沖突。

機(jī)構(gòu)倫理問(wèn)題：未涉及倫理沖突的內(nèi)容。

寫作指南：該研究遵守國(guó)際醫(yī)學(xué)期刊編輯委員會(huì)《學(xué)術(shù)研究實(shí)驗(yàn)與報(bào)告和醫(yī)學(xué)期刊編輯與發(fā)表的推薦規(guī)范》。

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生物統(tǒng)計(jì)學(xué)聲明：未涉及生物統(tǒng)計(jì)學(xué)。

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tag標(biāo)簽:鈦及鈦合金,3D打印醫(yī)用產(chǎn)品

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