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“超彈骨”—多用途、高效能的生物材料
供稿人:楊邵鵬，連芩
發(fā)布日期：2017-05-03
人造骨移植物的研究始終都是生物工程中的研究熱點，3D（即増材制造技術）打印技術以疊層制造的方式從制造原理上改變了加工方式，大幅提高人造骨及骨替代物的加工范圍與加工能力。人造骨3D打印的方式較多，有以光固化為基礎的DLP（以面曝光増材制造方式）與SL（以激光掃描的方式），有以激光熱能為基礎的SLM（激光熔融）與SLS（激光燒結），還有以擠出與噴墨的加工方式等。
人造骨不但要有相應的形狀精度作為基礎，使用的材料也必須要有一定的特殊性能。在現如今的研究實踐中，當前的人造骨主要存在以下不足：不能滿足相應骨增生要求、制造價格高，制造難度大、外科手術的可操作性不強等。針對這些問題，美國西北大學（Northwestern University, Chicago, IL 60611, USA）材料科學與工程學院的Adam E. Jackus 等人開發(fā)了一種高彈骨（Hyperelastic Bone, HB）以解決上述問題。
這種超彈骨的加工材料由90wt%的HA（羥基磷灰石）與10w%的聚乙酸內酯或聚乳酸羥基乙酸構成，液體狀材料使用擠出成型的方式加工，該加工方法具有室溫條件加工、加工效率高（單噴頭線性速度150mm/s）、處理容易（三小時內便可完成加工，清洗，消毒）的優(yōu)點。更重要的是，這種加工方式得到的超彈骨不需要燒結便可以直接使用，滿足如蛋白質等生物因子及化學成分的融合需求。此外，加工出的零件具有32-67%的斷裂應變，4-11MPa的彈性模量，同時擁有50%孔隙率的零件具有很強的吸收性能與細胞支撐、增值能力。使用該材料加工的超彈骨可誘導骨細胞分化，在以小鼠為實驗載體的結果中表現出了優(yōu)良的生物相容性能，無生物排斥現象，同時表現了與周圍組織迅速相容的能力。
超彈骨的定制化制造過程
超彈骨具有優(yōu)良的彈性及恢復能力
超彈骨支架(1)表現了卓越的組織生長能力
而熱熔骨支架(2)效果不明顯
文獻來源
主要：Jakus A E, Rutz A L, Jordan S W, et al. Hyperelastic "bone": A highly versatile, growth factor-free, osteoregenerative, scalable, and surgically friendly biomaterial[J]. Science Translational Medicine, 2016, 8(358):358ra127.
其他：Seol Y J, Park D Y, Park J Y, et al. A new method of fabricating robust freeform 3D ceramic scaffolds for bone tissue regeneration[J]. Biotechnology & Bioengineering, 2013, 110(5):1444–1455.
Afzal A. Implantable zirconia bioceramics for bone repair and replacement: A chronological review[J]. Materials Express, 2014, 4(1):1-12(12).
