종양 절제술 후 3D 프린팅 다공성 티타늄 합금의 연구 진행

스테인레스 스틸 및 기타 금속 재료와 비교하여, 고체 구조를 가진 티타늄 합금은 고강도 및 우수한 부식성의 장점을 갖는다. 그러나, 탄성 계수는 ​​인체의 단단한 조직에 비해 여전히 너무 높으며, 주변 조직으로 스트레스 차폐 현상을 쉽게 생성하기 쉽고, 뼈와 티타늄 합금 임플란트의 통합 능력이 크게 감소합니다. 이 문제를 해결하기 위해 최근 몇 년 동안 재료 생물학 연구자들은 기공 구조를 티타늄 합금에 도입하고 다공성 티타늄 합금에 성공적으로 준비 할 것을 제안했습니다. 결과는 다공성 티타늄 합금이 다음과 같은 장점을 가지고 있음을 보여줍니다. (1) 독특한 3 차원 침투 구조는 조골 세포의 접착력, 증식, 분화 및 광물 화에 도움이됩니다. 생물학적 고정 형성, 뼈 통합 능력 향상 및 임플란트의 서비스 수명 연장; 기계적 특성이 뼈 조직과 일치하거나 응력 차폐 현상을 감소 시키거나 제거 할 수 있도록 기공 파라미터를 압축 강도, 탄성 계수, 밀도 등 조정하도록 조정할 수 있습니다.

최근 몇 년 동안, 3D 프린팅 기술의 개발은 다공성 티타늄 합금의 제조를위한 새로운 선택을 제공했습니다. 3D 프린팅 기술은 종양 절제 후 결함 부위의 해부학 적 구조에 따라 다공성 티타늄 합금의 전체 형태의 정확한 제어를 완료 할 수 있으며, 종양 후 절제술의 요구를 충족시키기 위해 개인화 된 사용자 정의를 달성 할 수 있습니다. 우리는 3D 인쇄 된 다공성 티타늄 합금 임플란트를 항 종양 기능화를 겪었는지 여부에 따라 두 가지 범주로 나눕니다. 첫 번째 범주는 표면 변형없이 3D 인쇄 기술에 의해 제조 된 다공성 티타늄 합금입니다. 두 번째 범주는 항 종양 수정 후 3D 프린팅 기술에 의해 제조 된 다공성 티타늄 합금 임플란트 (이하 "항 종양 다공성 티타늄 합금 임플란트")입니다. 이 논문에서, 다공성 티타늄 합금 임플란트의 성능, 종양 절제 후 임상 적용 및 항 종양 다공성 티타늄 합금 임플란트의 연구 진행이 검토된다.

다공성 티타늄 합금 임플란트의 제조, 미세 구조 및 특성

1.1 다공성 티타늄 합금 임플란트의 제조

결과는 소결 및 기공 형성제와 같은 전통적인 공정에 의해 제조 된 완성 된 다공성 티타늄 합금은 서로 다른 정도의 폐쇄 기공, 낮은 다공성 및 열악한 연결성을 갖는다는 것을 보여준다. 전통적인 프로세스와 비교하여 3D 프린팅 기술은 빠른 형성 속도와 높은 자유를 갖는 컴퓨터 보조 설계 소프트웨어를 통해 모델링되고 형성되며 마이크로 포어 매개 변수와 다공성 티타늄 합금 임플란트의 전체 형태를 정확하게 제어 할 수 있습니다. . 현재, 의료 분야에서 일반적으로 사용되는 3D 프린팅 다공성 티타늄 합금 기술에는 주로 레이저 선택적 용융 기술 및 전자 빔 선택적 용융 기술이 포함됩니다.

1.2 다공성 티타늄 합금 임플란트의 미세 구조

다수의 연구에 따르면 이상적인 다공성 티타늄 합금 임플란트는 다공성이 60% 내지 90%이고 기공 크기는 300 ~ 900 μm이며, 이는 인간의 취소 뼈와 유사하며 시험 관내 및 골 형성 활성을 촉진 할 수 있습니다. 생체 내에서 새로운 뼈 조직의 내부 성장. 이 파라미터는 또한 3D 프린팅 기술에 의해 달성 될 수 있으므로 다공성 티타늄 합금 임플란트는 적합한 다공성, 조리개 및 높은 연결성을 갖습니다. 종양 절제 후 뼈 결함에 이식 될 때, 다공성 티타늄 합금 임플란트는 주변 뼈 조직과 생물학적 고정의 형성을 촉진하고 골격계의 안정성을 재건 할 수있다.

다공성 티타늄 합금 임플란트의 1.3 특성

다공성 티타늄 합금 임플란트의 특성은 주로 기계적 특성, 내마모성, 부식성, 생체 안전성 및 조직 적합성을 포함한다.

기계적 특성 : 결과는 다공성 티타늄 합금 임플란트의 기계적 특성 파라미터가 다공성 티타늄 합금 임플란트의 원소 조성 및 미세 기공 구조를 조정하여 특정 범위 내에서 변경 될 수 있음을 보여준다. 최종 탄성 계수는 ​​인간 뼈 (5-30 GPA)와 유사하며, 강도는 인간 조밀 한 뼈 (100-230 MPa)의 압축 강도보다 높다. 즉, 스트레스 차폐 현상이 감소하는 동안 임플란트의 기계적 강도가 증가합니다.

마모 및 부식 저항, 생물 안전성 : 현재 가장 널리 사용되는 다공성 티타늄 합금 임플란트 물질은 Ti6al4V 합금입니다. 의료 스테인레스 스틸 및 코발트-크로 마합 기반 합금과 비교할 때, TI6AL4V 합금은 신체 움직임의 증가와 이식 시간의 연장과 함께 내마모성과 부식성이 더 강해 지지만 여전히 어느 정도의 부식과 마찰로 이어질 것입니다. 생리 학적 환경, 특히 TI6AL4V 합금의 알루미늄 (AL) 및 바나듐 (V) 요소의 TI6AL4V 합금은 잠재적 인 독성 효과를 가지며 주변 조직으로 퍼지고 독성 부작용을 일으킬 위험이 있습니다. 최근 몇 년 동안 국토와 해외의 생체 물질 연구원들은 독성이 낮고 부식성이 낮은 새로운 티타늄 합금을 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 연구에 따르면 Titanium 합금에 대한 Molybdenum (MO), 지르코늄 (ZR), 탄탈 (TA) 및 기타 β- 안정적인 비 독성 요소를 티타늄 합금의 부식 저항성을 향상시킬 수있을뿐만 아니라 생물 안전성을 향상시킬 수 있습니다.

조직 적합성 : 기공 구조 및 기계적 특성의 관점에서, 다공성 티타늄 합금 임플란트의 탄성 계수가 상당히 감소되어 임플란트와 뼈 조직 사이의 응력 차폐 효과를 줄이고 뼈 조직의 성장에 적합한 공간을 제공 할 수있다. 그러나, 다공성 티타늄 합금 임플란트의 표면 생물 활성 및 뼈 유도 능력의 부족으로 인해, 주변 뼈 조직과 신속하게 안정적인 화학적 결합을 형성하는 것은 어렵다. 이때, 다공성 티타늄 합금 임플란트의 표면 변형은 표면 활성 및 뼈 유도 능력을 더욱 향상시킬 수있다. 주요 접근법은 다음과 같습니다. 임플란트. hydrocous 다공성 티타늄 합금 임플란트의 표면에서 hydroxyapatite (HA)와 같은 생물 활성 코팅을 제조 하였다. 그러나, 다공성 티타늄 합금 임플란트에 대한 표면 변형 방법과 기본 연구가 많이 있지만, 번거로운 수정 공정 및 기타 이유로 인해 다공성 티타늄 합금 임플란트에 대한 코팅 생성물은 관련 부서에서 임상 적으로 승인되지 않았습니다.

3D 프린팅 기술의 맥락에서, 다공성 티타늄 합금 임플란트는 개인화 될 수 있으며, 종양 기능화가없는 간단한 다공성 티타늄 합금 임플란트의 임상 실습에 점차 적용됩니다. 그러나, 현재 임상 적용 보고서는 대부분 초기 및 중기 추적 관찰이며, 다공성 티타늄 합금 임플란트의 임상 적용 효능을 평가하기 위해서는 향후 더 긴 추적 관찰이 필요하다. 또한, 다공성 티타늄 합금 물질의 현재 임상 사용은 Ti6al4V 합금이며, 미래는 다공성 티타늄 합금 임플란트의 잠재적 독성이없는 더 많은 마모 및 부식 저항의 발달에 전념하기를 희망합니다. 항 종양 다공성 티타늄 합금 임플란트는 현재 시험 관내 연구 및 동물 실험 단계에 있으며, 항 종양 다공성 티타늄 합금 임플란트의 항 종양 메커니즘을 지속적으로 개선하고 수리 및 수리에 성공적으로 적용 할 것으로 예상된다. 종양 절제 후 재건.