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激光選區(qū)熔化技術打印具有抗菌功能的多孔植入體

供稿人:楊東、曹毅   發(fā)布日期:2017-04-23

荷蘭代爾夫特理工大學研究人員采用激光選區(qū)熔化技術(SLM)和等離子體電解氧化(PEO)的方法制備出了一種具備抗菌功能及生物功能的金屬多孔植入物。該植入體對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)生物膜的形成有較好的抑制作用,可以極大的降低3D打印假體植入生物體內后面臨細菌感染的風險。

    具備抗菌功能及生物功能的金屬多孔植入體(小鼠股骨)的結構設計主要基于以下四個原則:
  1. 整個植入體設計為多孔結構可以增大假體的與骨接觸表面積,以有利于骨長入及固定。
  2. 多孔生物性材料的孔隙要大于300um,以有利于骨再生。
  3. 多孔植入體的直徑不能超過500um,以確保植入體可以適應小鼠股骨,并用來評估體外抗菌活性。
  4. 多孔結構設計符合激光選區(qū)熔化技術制造工藝。
圖1 激光選區(qū)熔化鈦合金(Ti-6Al-4V)小鼠多孔植入體設計和形態(tài),經(jīng)過優(yōu)化設計的多孔植入體的表面積比實體結構植入體增加了2.75倍。(A)不同縱橫比的多孔單元結構;(B)不同縱橫比的多孔單元結構宏觀電鏡照片;(D)圖(B)所標注區(qū)域的放大視圖;(E)圖(D)所標注區(qū)域粉末未熔顆粒放大視圖
圖2 等離子體電解氧化法在多孔植入體表面嵌入銀離子的過程
圖3 PEO表面處理后的多孔植入體對MRSA生物膜的影響

體外抗菌實驗結果發(fā)現(xiàn),采用等離子體電解氧化(PEO)表面處理的小鼠多孔植入體對于耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)生物膜的形成有一定的抑制作用。同時,采用等離子電解氧化方法,嵌入銀離子的多孔植入體在抗菌實驗中通過釋放銀離子,對MRSA細菌更是起到了抑制和清除的作用(圖3)。

文獻:

  • Ingmar A.J. van Hengel, Martijn Riool, Lidy E. Fratila-Apachitei. Selective laser melting porous metallic implants with immobilized silver nanoparticles kill and prevent biofilm formation by methicillin-resistant?Staphylococcus aureus[J]. Biomaterials, Available online 28 February 2017.
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