人工生物活性骨骼的快速制造方法研究

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1、Ct生物摩擦学与人工关节学术研讨会议论文人工生物活性骨骼的快速制造方法研究+李涤尘吴永辉卢秉恒(西安交通大学机械I：程学院)王臻桑宏勋(第四军医大学西京医院骨科)播要一本文聃^造骨骼整体制造的角度出发，将骨骼结构、材料合成、生物活性等因素综合考虑，提出r基于讣层常吐i宣的人造骨生物活性复合成型的设想它包括(1)定制的骨骼的外形与微观组织的CAD建模；(2)快速加工具有骨骼的内外结构的托架；(3)复合上生物因子和细胞：(4)注入自凝固羟基磷灰石．从栅造工艺上将宏观和微观CAD与成型、’材料合成、骨生长因子复合三个过程集成化．以满足骨骼成形的个体适配、快速、生物降解等要求

2、。人体骨骼的快速誊复与制造是一门涉及制造、材料、生物、医学等多学科交叉的问题，在学科理论和实际应用上部有重要意义．。：’E尸一石随着人类的发展与社会的进步，人的生命价值被r‘泛认同。疾病、事故和战争导致大量人体创伤，其中人体骨骼的病变和损伤使得许多人成为残疾而失去基本生活能力。这给病人的家庭和社会都带来了极大的影响。医学界一直致力于解决人体骨骼的材料、成型、植入和再生性的研究。目前骨科学的研究主要集中在骨的生物特性研充通过两种方法解决骨缺损的修复问题，一是通过人身自身的生物机能进行骨骼的再生或植^带有骨生长因子的小块异种骨诱导骨生长，这些方法效果较好，但时间长、见效慢

3、．只适合于小块缺损骨的修复。另一种方法是用人造材料(塑料、金属、陶瓷)制成替传再’植八人体．这种方法可以解决大块缺损骨骼的修复。但是由于这些替代骨骼在内部结构(如不能形成骨松组织)、生物活性和可降解性方面的不完备性，植入人体后，与人的组织相容性差．因而修复效果不甚理想。如何制造出具有生物活性的替代骨是骨科学研究的一个中心问题之一，也是组织工程学的主要研究方向。人体骨骼的制造和修复是一个涉及材料、成型、生物、医疗等多学科知识的学科．是一．67．门跨领域的交叉学科，需要多方面的科研人员不断探索。快速成型技术(RapidPrototyping)是九十年代发展起来的先进制造技

4、术．采片j材料累加原理进行逐层累积成型，它无需刀具和繁琐的工艺就可快速由CAD数据或测量数据直接成型出三维实体。在成型方法E，尤其适合复杂形状的快速成型。快速原型制造技术(RP)在医学上的应用是国际上一个新自g研究方向，如，人体与器官的模型制造、手术的模拟、人工假肢的制造等。美国Dayton大学在利用LOM法，将羟基磷灰石(HA)／Glass制成薄片来制造人工骨；美国Midli辨n大学利用光固化(sL)的方法，将光敏树脂中加入羟基磷灰li(HA)米制造人J：骨；M1T的研究人员利州3DP的方法研究制造具有微观结构和药物缓释体的人I：骨。美国Wohlers协会Terry

5、tWohlers认为“RP在生物医学上的应用尚是一个沉睡的巨人”。此方面的研究将是一个新的研究热点。但国外的几种研究方法无法实现骨质组织的微细结构成型和生物活性物质的植入，因此，难以在实践中实现成型、生物机构、生物活性的统一。生物制造是未来制造技术一个新的发展方向，将为医疗技术的发展注入新的活力。’国家自然科学基金(No．5997卯W)资助项目高等学校优秀青年教师教学和奖I西摹金资助j乙———————T焉蕊鼠了==l匪曩曩■■—匿曩瞳曩曩●==．．：=蕊—嚣覆曩曩羼曩圈—■■盈固F翟甄H■‘一⋯C生物摩擦学与人工关节学术研讨会议论文l生物活性骨的要求从医学观点而言，人

6、工制造的替代骨，应满足下几方面的要求：(1)替代骨形状要与被替代骨形状基本—样，以利丁-保持与原有其它器官和组织的匹配。(2)替代骨内部要具有与原骨组织相近的骨髓腔和骨质组织结构(如，外环骨板、哈佛氏骨板、内环骨扳和间骨板)，以保证替代骨J赞骨后的结构恢复良好的功能。(3)骨酪的材料要有可降解性，可以逐渐被人体再生骨组织所替代。目前常用的金属材料如钛台金)难以实现这一要求。(4)为了使替代骨很快与^体，傲循环组织联通，促进骨组织的生长，在替代骨内部应殖入骨生睦因子。^造骨骼的成型过去主要靠机加工(金属)和粉末烧结(陶瓷)的方法实现，近年来快速成型技术的发展，可以实现由

7、CT数据到金属骨骼的快速制造，很好的解决替代骨的外形与被替代骨一致性的问题。但是除了骨骼的外形结构外，骨骼的内部徽结构也是一个非常重要的因素。一般骨骼骨质都由相互导通的规则微空洞组成，人体的血液通过这些小孔进行循环和代谢形成骨组织。没有这些徽结构．骨骼将失去活性。因此，骨骼的成型不仅要考虑外形的制造还必须考虑内部微结构的成型。尽管现在用粉末烧结的方法可以形成微孔组织，但由于其成孔是随机和非完全贳通．这样的结构不符合骨质结构，难以实现哥骼的功能和骨组织的生长。另外．骨细胞或骨生长园子从骨表面长入骨内部的空洞中，需要较长的时间，这样势必导致因此，骨组织的