本期，3D科学谷与谷友来进一步详细领略nTop平台软件如何使工程师能够设计复杂的点阵结构，控制表面粗糙度，创建患者特定的植入物。

ALIF脊柱融合植入物，胫骨托和髋臼杯。来源：nTopology

 复杂设计无缝数据

在设计用于人体的植入物产品时，工程师需要先进的软件功能来处理极其复杂的几何形状，包括点阵结构创建，拓扑优化和表面质量控制等，不仅需要快速，高度准确和可靠的设计软件，还需要制造流程管理软件来提供质量与制造跟踪，验证和批准所需要的数据支持。

获得提供质量与制造跟踪，验证和批准所需要的数据支持对于人体植入物的加工是重要且关键的。这些数据可以与测试结果进行相关性分析，从而进一步提升设计优化能力。拿先前的IMR公司的案例来说，IMR公司通过一系列测试证明了该植入物满足美国食品及药物管理局 (FDA) 规定的标准规格中的所有关键要求。首先测试了植入物的化学特性，确保其符合《ASTM F136外科植入物用等级23锻造钛合金的标准规格》以及《ASTM F3302通过粉末床熔融增材制造钛合金的标准规格》。然后根据ISO 13314测试了多孔结构的机械特性 — ISO 13314是一种测试方法，用于确定多孔金属材料的压缩性能和失效模式。最后通过ASTM 1104和ASTM 1147标准测试方法证明多孔结构不会从植入物本体上剥离。

nTopology的nTop平台软件特别为了解决增材制造（AM）的挑战而开发。工程师一直在寻找新的和更好的设计方法来创建骨整合表面，而nTop平台软件先进制造的新功能正在使得满足这些需求变得轻松可行。

点阵结构的创建是nTop平台软件另一个优先功能，特别是非常好地满足增材制造的要求。nTop平台强大的建模环境极大地促进了复杂产品的设计与增材制造的结合，并可以通过医疗行业优先考虑的完整可追溯性进行优化。

根据3D科学谷的市场观察，nTop平台是一个用于创建和编辑CAD模型，设计分析和制造输出控制的统一平台。

这一点通过IMR公司的案例可以获得更深入的了解。IMR公司通过广泛研究确定了特定病例最适合的植入物尺寸以及在日常生活中，甚至奔跑或跳跃等剧烈运动时，植入物必须承受的负载条件。此外还采集了需要接受脊柱植入物的患者的已知骨质特性。之后，IMR公司联手雷尼绍及nTopology设计了植入物的机械特性，也就是点阵结构中各个胞元的几何特征的函数，以尽可能接近人体骨骼的机械特性，优化多孔点阵结构，从而改善骨整合。

植入物的设计参数确定之后，IMR公司使用nTop Platform软件生成了设计文件。然后，nTopology公司与雷尼绍紧密合作，实现软件与硬件互相兼容，从而将设计文件从nTop Platform上无缝传输到RenAM 500M上。要顺利完成从设计到制造的完整增材制造流程，硬件和设计软件必须有效协作。在制造脊柱植入物时，将设计文件从软件上简便地传输到增材制造机器上尤为重要，因为任何多余的中间环节和格式转换均有可能导致出现错误和误差。

由于其在高级数学方面的基础，在处理复杂的建模情况下，nTop平台在数据传输或迭代过程中不容易出现错误或模型破坏。满足了产品设计人员的迫切需求，需要快速，创新的设计迭代和优化，以及将设计数据准确地传输到用于制造此类产品的3D打印设备上。

nTop平台是开放性的，可以与其他软件工具连接。可以与其他计算机辅助设计（CAD），有限元分析（FEA），计算流体动力学（CFD）及其他软件工具直接集成，并实现极快的处理速度。

nTop平台还可以从其他软件中获取设计或数据，并将其用于设计改进或迭代。用户可以轻松地将他们现有的设计或数据导入nTop平台，可以非常快速地执行多物理场分析，并评估性能，稳健性和使用寿命等特性，进一步实现设计优化。

具有改善骨整合的性能优势的带复杂表面结构的增材制造的股骨柄植入物。
来源：TU Delft

用于3D打印的股骨柄植入物，nTopology平台提供设计选项，允许设计的快速迭代，在促进骨整合的有序或随机结构之间快速迭代。
来源：nTopology

nTop平台还支持通过工业4.0计划以提高数据驱动制造效率的努力。平台的工作流程软件功能可实现流程自动化，消除低价值的手工工作，这些特点有助于实现数据的无缝传输。

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当双方谈到这项新合作时，雷尼绍(中国)总裁Francesco Tivegna先生指出：“华钛三维一直专注于3D打印医疗应用领域，其金属3D打印技术世界一流，而雷尼绍的影像产品、AW影像后处理工作站和金属3D打印设备和服务世界领先，双方携手将有助于极大提高手术效率、降低手术风险和医疗成本、改善术后状况。我相信，和华钛三维的合作一定会快速推动3D打印在中国医疗领域的临床应用，包括从3D打印术前模型、手术导板、金属植入物、牙齿、假肢、矫形器、3D打印心脏、心脏支架和瓣膜等。”

华钛三维董事长/CEO朱献文表示：“华钛三维与雷尼绍将会全方位联手合作，以各自的增材制造专业技术，不断开发用于患者专用的钛金属植入物，以提高制造效率和产品质量。未来，华钛三维致力于不断提升3D打印技术、解决方案和服务，实现「用高新科技造福大众」的理想。”

根据合作协议，“华钛三维-雷尼绍骨科3D打印共享中心”不仅采用雷尼绍最新的增材制造设备和华钛三维自主研发的金属3D打印医疗专用机，而且还得到雷尼绍在骨科领域的解决方案支持，雷尼绍也会进一步与华钛三维骨科研究院临床医师和医学研究人员分享其在数字技术领域的知识和专长。

双方决定:“华钛三维-雷尼绍骨科3D打印共享中心”携手“华钛三维骨科研究院”为全国骨科医生提供公益支持，计划3年内免费提供科研用总价值达1亿元的建模服务、术前模型制作及3D打印个性化钛合金植入物打印，并联合申报国家/省/市科研项目等合作。

来源：donews

目前,因各种骨病、高能损伤等造成的长段骨缺损往往得不到有效治疗而导致严重伤残乃至截肢,从而成为骨再生修复的国际性医学难题。空军军医大学附属西京医院骨科收治了一名从高处坠落致右股骨远端粉碎性骨折的44岁男性患者,由于累及范围广(长6cm,直径3.5cm),临近干骺端,缺损尺寸不规则且在负重部位,复位固定困难大,传统治疗方法难以取得理想效果。

针对具体伤情，西京医院骨科裴国献教授、毕龙副教授团队经过详细的病例讨论，决定发挥3D打印的优势，根据患者骨缺损形状，采用通过国家生物安全性检测的生物陶瓷复合材料，定制出个性化、可生物降解的多孔人工骨。可降解人工骨的优点在于：能够在诱导患者自身新骨生成的同时逐渐降解，最终被患者的新生骨组织完全替代；无需二次手术取出，降低植入物在体内长期存在的潜在风险。

设计完成后，课题组与研发公司合作，利用创新的低温无丝打印技术成功定制出可降解人工骨修复体。2018年2月2日，西京医院骨科毕龙副教授为患者右股骨远端骨缺损成功实施3D打印人工骨移植修复术。术后6周复查X线片显示：3D打印人工骨与患者自体骨结合良好，局部出现新生骨痂。血清学检测未见感染和排斥反应迹象。患者已开始初步功能锻炼。据西安交通大学教育部科技查新工作站（Z08）查新：该病例为世界首例使用3D打印可降解人工骨成功修复四肢骨缺损的临床病例。

西安点云生物科技有限公司采用无丝3D打印技术,采用通过国家生物安全性检测的生物陶瓷复合材料,定制出与患者股骨远端长段骨缺损形状相符的多孔生物陶瓷人工骨。3D打印技术是以数字模型文件为基础,运用零维点材、一维线材或二维面材等材料单元,通过逐层增材叠加的方式构造三维实体,具有个性化、高精度和节约材料等优点。对于骨缺损修复所需要的多孔生物支架植入物,点云生物通过独创的无丝3D打印技术从自由度很高的零维点状材料开始,精细调控植入物的材料成分比例、孔径、孔结构、连通性和孔隙率等多种对于骨再生具有重要意义的参数。另外,3D打印技术能够根据患者骨缺损形状的三维数字影像学资料,定制出具有相同尺寸和形状、完全符合患者自身需求的可降解人工骨。实现了微观材料、微孔结构以及宏观形状的多重调控性。可降解人工骨的优点在于:能够在诱导患者自身新骨生成的同时逐渐降解,最终被患者的新生骨组织完全替代;无需二次手术取出,降低植入物在体内长期存在的潜在风险。

西安点云生物科技有限公司(Xi’an Particle Cloud Biotechnology Co., Ltd.)是一家位于国际前列的为生物工程、医疗健康和先进制造等领域提供先进材料、创新产品和智能装备的企业和研发基地。点云团队开发出的3D打印可降解人工骨支架具备全面的人体仿生特性,其多尺度结构与材质都与人体骨骼相近,强度、可降解性和诱导成骨特性等在国内外骨科医疗领域都具有明显技术优势。本次实施的长段骨缺损修复推动了3D打印技术在创伤骨科领域的临床应用,实现了3D打印技术个体化修复负重长段骨缺损这一国际性难题的重大突破,为肢体大体积骨缺损患者带来了福音。

来源：中国网，西京医院
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根据中国科学院，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴成铁与常江带领的研究团队在3D打印生物陶瓷支架用于骨-软骨再生及骨肿瘤治疗方面取得了系列研究进展。近期，该团队在前期研究基础上，在3D打印功能性生物陶瓷支架方面又取得了系列新进展。

骨关节炎是一种退行性关节疾病。关节炎疾病进程中，软骨首先受到损伤，而软骨损伤通常累及软骨下骨，进而导致骨-软骨缺损。由于软骨和软骨下骨的生物学特性不同，因此骨-软骨一体化修复极具挑战。为此，该研究团队利用溶胶凝胶法合成多元硅酸钙锂(Li4Ca4Si4O13)生物陶瓷，并通过3D打印方法制备了其多孔生物陶瓷支架，得到的硅酸钙锂支架形貌可控、大小均一，其抗压强度可以通过控制孔径大小来调控。硅酸钙锂生物陶瓷的离子产物对软骨细胞的增殖和表型的维持起积极作用，对骨髓间充质干细胞的成骨分化起显著的促进作用。同时，体内研究结果表明，硅酸钙锂生物陶瓷支架在骨-软骨缺损模型中成功地修复了骨-软骨，实现了多离子联合作用促进软骨和软骨下骨修复的效果，在骨-软骨修复领域具有良好的应用前景。

相关研究成果发表于Biomaterials (2018; Doi.org/10.1016/j.biomaterials.2018.04.005) 杂志上，并申请发明专利一项。

在关节中骨-软骨界面具有极其复杂精妙的微结构，基于多种无机离子联合促进骨-软骨缺损修复的作用，该研究团队设计了不仅能对骨-软骨组织进行修复，并且能进一步对复杂的骨和软骨的界面复杂微结构进行修复的生物陶瓷支架，并对其机理作了深入研究。利用3D打印技术制备硅磷酸锶生物陶瓷支架(Sr5(PO4)2SiO4, SPS)。SPS生物陶瓷稳定释放的Sr 和Si 离子通过协同激活缺氧诱导因子(HIF)信号通路，诱导软骨的增殖，维持其表型；在关节炎模型软骨细胞中，Sr 和Si 离子通过协同作用激活软骨细胞自噬作用，抑制细胞降解代谢活动及Indian Hedgehog (IHH)信号通路保护软骨细胞；体内研究结果显示，SPS 支架不仅实现了利用多种无机离子的共同作用对骨-软骨组织进行双向修复，并且成功地将修复效果延伸至极其复杂的骨和软骨界面结构。

目前该研究相关成果发表在Theranostics (2018;8:1940-1955.) 杂志上。

该团队还通过化学反应的方法将具有光热效应的CuFeSe2纳米晶原位生长在具有成骨活性的生物玻璃陶瓷支架表面上，最终获得了具有骨肿瘤消融和骨缺损修复的双功能支架。CuFeSe2属于硫族半导体材料中的一种，它的有效光热转化效率可达到82%，其组成元素Fe和Cu被报道具有很好的促进成血管和成骨的活性。体外和体内实验证明此双功能支架能够有效地通过光热杀死骨肿瘤细胞，消融骨肿瘤组织，同时能够有效地支持和促进骨间充质干细胞的粘附和增殖，最终促进新骨的形成。

其相关工作发表在Biomaterials (2018, 160：92-106.) 杂志上，同时其工作被国际期刊Materials Today作为亮点工作进行了专门的新闻报道 (Scaffold material sheds light on bone tumor therapy, 5 March 2018)。

该团队还针对治疗与修复承重骨缺损的应用背景，利用3D打印技术制备出具有优良力学强度的Fe-CaSiO3复合支架，可用于修复承重骨缺损。同时由于Fe存在表面等离子共振效应，赋予复合支架优良的光热性能。由于Fe离子的释放，在肿瘤细胞内部能与H2O2反应，生成活性氧(ROS)，从而实现光热和ROS协同抗肿瘤，达到更好的骨肿瘤治疗效果。同时复合支架由于具有生物活性硅酸钙陶瓷相而保持良好的成骨活性。因此，Fe-CaSiO3复合支架具有修复与治疗承重骨肿瘤缺损的潜在应用价值。

其相关工作发表在NPG Asia Materials (2018; DOI: 10.1038/s41427-018-0015-8)杂志上。

相关研究工作得到了中组部青年千人计划、国家自然科学基金委中德国际合作重点项目与国家重点研发计划的资助。

其他相关论文发表：（Advanced Functional Materials 2017, 27:1703117-1703130; Advanced Science 2017, 4:1700401-1700409; Biomaterials 2017, 135:85-95；NPG Asia Materials 2017, 9:e376-e389; Advanced Functional Materials 2016, 26:1197-1208; Biomaterials, 2016, 111:138-148等）

–—- 3D科学谷Review

严重创伤、感染或肿瘤所致的大段骨缺损、骨不连一直是骨科领域的世界难题，目前尚缺乏安全有效的治疗方法。随着科学技术的发展进步，通过3D打印技术构建出理化特性和外观结构仿生的人工骨修复材料，有望为这一世界难题提供理想的解决方案。

根据3D科学谷的市场观察，世界范围内不仅仅是生物陶瓷，包括PLA以及PEEK扽塑料材料也被应用在骨修复领域。（延伸阅读：3D科学谷《3D打印技术和材料在医疗行业的应用、发展趋势及产业链情况》主题报告），而我国在3D打印可降解骨科材料方面也颇有建树。

2017年11月发表在《生物材料》上的文章显示，中科院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程所秦岭教授团队的赖毓霄、王新峦等人采用先进的低温3D打印技术，开发了一种用于修复骨缺损或骨折的多孔支架材料，将具有促成骨活性的天然植物活性小分子淫羊藿苷均匀复合入多孔支架中，通过3D打印赋予此支架最理想的促成骨仿生结构（孔径300－500微米），实现了难治愈性骨缺损的骨修复治疗。

西安点云生物研发的陶瓷打印机（PCPrinter BR150)采用无丝打印技术，可根据临床患者的骨缺损尺寸、形状和内部孔隙等参数，精确定制出可生物降解的理化特性和外观结构仿生人工骨。同时该打印机广泛适用骨组织再生、软组织生物结构体和药物控释等材料，为生命科学、材料科学、组织工程和药物开发等领域的研究者提供新的研究工具。

采用西安点云的无丝3D打印机制备的可再生人工骨，可直接将生物陶瓷复合材料在常温或低温下逐点逐层打印成型，所制备的人工骨，2015年已经在西京医院成功完成动物骨缺损修复实验。经系列体外体内实验验证，该人工骨具有孔隙结构仿生、机械性能好、生物相容性等特点。

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这是3D打印金刚石植入物用于生物医学和骨科的第一步–涉及人体肌肉骨骼系统的外科手术。尽管钛可为医疗级别和患者特定的植入物提供快速、准确和可靠的材料，但我们的身体有时会拒绝使用此材料。这是由于钛上的化合物，阻止组织和骨有效地与生物医学植入物相互作用。人造金刚石为这个问题提供了一个物美价廉的解决方案。

图：涂覆了金刚石的3D打印植入物

这项突破是由生物医学工程师Kate Fox博士及其在RMIT工程学院的团队取得的。涂层是通过微波等离子体工艺在墨尔本纳米制造中心制造的。钛支架与金刚石相结合，形成生物材料。“这项技术推出还需要好几年的时间，在病人可以使用之前，需要采取很多步骤，”Fox说。“但我们所做的是第一步，这是一次漫长而不可思议的旅程中的关键一步。”

博士研究员Aaqil Rifai正在与福克斯合作研究这项新技术，“金刚石是非常有效的，因为碳是人体的主要组成部分。碳具有令人难以置信的生物相容性，”Rifai说。 “我们的身体很容易接受金刚石，并将其作为复杂材料界面的平台。”

图：涂覆了金刚石的3D打印植入物，放大镜下的表面粗糙度情况

除了骨科外，金刚石还被用于包覆心血管支架–帮助保持心脏动脉畅通的导管–以及仿生学和假肢。目前，研究人员正集中精力研究如何将这项技术应用于骨科。

“3D打印是现代一场突破性的革命。通过3D打印，我们可以设计出特定的医学级植入体。该技术快速、准确、可靠，省力。”Rifai说：“3D打印的扩展性正在迅速增长，因此我们可以预见，在不久的将来，金刚石涂层将在骨科中变得越来越普遍。”

金刚石是自然界存在的特殊材料之一，具有最高的硬度、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、高绝缘、宽能隙、高的声传播速率以及良好的化学稳定性等。然而虽然天然金刚石具有这些独一无二的特性，但是它们一直仅仅是以宝石的形式存在，其性质的多变性和稀有性极大地限制了其应用。而洛阳誉芯金刚石制备的CVD金刚石膜将这些优异的物理化学性能集一身，且成本较天然金刚石低，能够制备各种几何形状，在电子、光学、机械等工业领域有广泛的应用前景。

来源：粉末冶金商务网

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同时，CFDA也已经批准了几款国产3D打印产品，其中包括了三款骨科植入物。作为3D打印技术应用于医学实践的重要部分，骨科3D打印迅速发展。本期，3D科学谷将结合火石创造赵成龙整理的资料以及国内部分医院机构、3D打印骨科产品制造企业在3D打印骨科应用方面的进展，来回顾一下近期国内3D打印骨科领域的发展情况。

-- CFDA认证的3D打印植入物

爱康医疗控股有限公司是中国第一家也是目前唯一一家将 3D 打印技术商业化，并应用于骨关节及脊柱置换植入物的医疗器械公司，其主营产品包括3D 打印的髋关节置换植入物、脊柱椎间融合器及人工椎体，常规的膝关节、髋关节置换植入物等。

数据显示，爱康医疗是2017年上半年中国最畅销的骨关节植入物品牌，其常规的膝关节、髋关节置换产品销售量为3.84万套，收入1.42亿元；3D打印的髋关节、脊柱置换产品销售量为2441套，收入977.7万元。爱康医疗与2017年12月20日于港交所上市，发行价1.75港元。

冰冻三尺，非一日之寒，爱康医疗在3D打印骨科植入物领域取得的成果，离不开公司多年在骨科植入物生产、销售中所积累的技术及资源。爱康医疗创立于2003年，业务聚焦于骨科内植入物行业和3D打印技术在骨科中的应用，特别专注于人工关节内植入物产品、辅助器械及新兴技术在相关领域应用的研发、生产和销售。

自2009年开始致力于提供3D金属打印医疗个性化解决方案和医工交互临床应用系统的建设， 在3D打印骨科内植入物、3D打印定制化膝关节手术导板、三维解剖模型重建和定制化骨科内植入物等方面开展了大量临床研究与探索，在自由构建和精准治疗领域实现突破。

--3D打印随形点阵结构金属跟骨假体

跟骨假体
尺寸：50×45×35mm
重量：40g
材质：钛合金
打印设备的型号：BLT-S200
打印时长: 6小时

铂力特优化设计团队运用Materialise 3-matic软件，对跟骨假体进行轻量化设计，其内外表面随形点阵结构全部由铂力特完成。

技术难度及说明：

1. 随形点阵结构设计：此模型结构复杂，需要轻量化的区域较多，且表面为异形曲面，要求内外均随形设计；铂力特将轻量化区域划分为内外多个区域，分别处理，实现了表面无点阵断枝，不仅获得减重效果也满足既定要求。

2. 成形工艺：产品所有表面均有异形曲面的点阵结构，工艺方案难度较大，对成形稳定性要求比较高；铂力特设计复合支撑和特殊的铺粉方案以匹配不同特征的成形要求，最终顺利成形。

-- 金属3D打印的复杂骨科手术刀具

2017年，广东汉邦激光科技有限公司与广东工业大学合作，利用金属3D打印技术，成功制造了在髋关节置换手术中用来切除髋臼关节软骨面的新型复杂结构髋臼锉。汉邦科技表示，经过查询，这项研究是国内首次利用金属3D打印技术制造金属医疗手术刀具，同时在整体切削刀具制造方面也是首例。

打印设备：SLM-280型金属3D打印机
建模：Pro/E
打印材料：不锈钢
一次性打印五种不同结构的刀具
打印层厚为30微米，总层数为1280层
总打印时长为22小时
打印的刀具精度误差均在0.05毫米以内
质量和强度均达到预期要求

本次研究证实，采用3D打印技术，能够突破传统机加工的局限性，快速制造复杂整体刀具，有效缩短了新型刀具开发周期，为新型复杂整体刀具设计制造，提供了新方法与新途径；也为后续的多种新型金属刀具制造奠定了坚实的基础。

--3D打印钽金属垫块

中国人民解放军陆军军医大学附属西南医院关节外科，通过个性化3D打印钽金属垫块为一位84岁的患者进行全膝关节翻修手术。该手术中使用的3D打印钽金属垫块，是由株洲普林特增材制造有限公司制造的，打印设备为华曙高科金属3D打印设备。

图片来源：华曙高科

据手术主刀医生、西南医院关节外科主任杨柳介绍，患者在左侧膝关节置换手术26年后胫骨假体下沉，需要个性化设计的金属垫块垫高胫骨托，要求在保证材料强度的条件下，整体做成多孔结构，多孔结构及孔隙率参照ZIMMER公司制造的钽金属植入物样件，使其恢复正常状态。

金属3D打印技术是制造个性化植入物的最佳方式。然而，钽金属熔点接近3000℃，应用于医疗领域的3D打印级钽粉一直是困扰产业界的一个难题，目前市面上大部分的3D打印设备，都无法进行钽金属打印。株洲普林特与华曙高科合作，经反复设计和研究，成功生产出钽金属3D打印骨缺损垫块。

-- PEEK 植入物3D打印技术

青岛尤尼科技有限公司推出了PEEK 3D打印设备，应用方向是制造PEEK 骨科植入物。

图片来源：尤尼科技

尤尼科技表示，这是国内首家真正意义上以3D打印技术为载体将高性能PEEK材料应用于医疗的定制化解决方案。公司与上海交大附属第九医院达成战略合作，将3D打印技术和组织工程技术相结合，为人体承重部分和非承重部分的骨缺损的修复和再生提供了个性化医疗的解决方案，使3D打印植入物可以有效的与骨骼成功整合，并可促进骨整合和血管发育，从而加快愈合过程。

-- 3D打印PEEK植入物胡桃夹综合征微创手术

2018年1月5日，空军军医大学唐都医院完成了第36例胡桃夹综合征微创手术，也是唐都医院泌尿外科副主任张波接到同行推荐的第20个患者。

张波副主任介绍：‘利用3D打印技术完成胡桃夹综合征微创手术’的技术是空军军医大学唐都医院进行的首创方法。院内3D打印获得医院临床创新研究重大项目的支持，并通过了医院伦理委员会的伦理认证，经过前期的动物实验以及2年多的30多例的临床实践证明，方法理念先进、微创、安全可靠而且效果良好。

前35例胡桃夹综合征手术，均使用的是以钛合金为主的3D打印植入物，而第36例手术中使用的是3D打印PEEK材料的植入物。空军军医大学3D打印研究中心负责人曹铁生教授介绍：”PEEK仿生人造骨材料相比于之前的钛合金而言具有很多的优越性。首先，PEEK材料不会影响后期患者的医学检查，如CT、B超、磁共振等;同时，也不会对患者愈后乘坐飞机过安检等带来麻烦;而且，PEEK仿生人造骨材料的重量、柔韧性、合理强度也优于钛合金。

为了验证3D打印PEEK胡桃夹子性能的可靠性，空军军医大学3D打印研究中心根据患者的病理情况，联合云南大学陈英涛博士团队为患者定制了个性化的胡桃夹子3D打印模型，并利用有限元数值模拟技术对胡桃夹子的在不同状况下的安全性进行了仿真分析。在确认了PEEK胡桃夹的安全性之后，使用自主研发的高温热熔积式3D打印设备完成了该胡桃夹子的打印，最终为患者的健康搭建了生命的桥梁。

-- 博恩生物3D打印可降解陶瓷骨支架

西安博恩生物科技有限公司是国内3D打印人工骨赛道上的一员，利用3DP 技术和纳米羟基磷灰石等材料，研发可降解骨支架，以及人工骨钉、骨板植入骨水泥、术前诊断模型等产品。

图片来源：博恩生物

博恩生物研发的植入骨支架、植入骨填充颗粒等具有多孔结构均匀的优点，可以吸收、降解，具有良好的生物相容性，且无排异反应，可用于骨修复、骨肿瘤、骨缺损等病例。

博恩生物表示将先在陕西省制定术前诊断模型行业标准，协助陕西省卫计委，将医学3D打印产品纳入阳光采购目录，实现3D打印产品合法收费。

-- 点云生物3D打印可降解陶瓷骨支架

西安点云生物科技有限公司自2004年以来一直致力于3D打印可再生人工骨核心技术研发。

点云生物研发的陶瓷打印机（PCPrinter BR150)采用无丝打印技术，可根据临床患者的骨缺损尺寸、形状和内部孔隙等参数，精确定制出可生物降解的理化特性和外观结构仿生人工骨。同时该打印机广泛适用骨组织再生、软组织生物结构体和药物控释等材料，为生命科学、材料科学、组织工程和药物开发等领域的研究者提供新的研究工具。

图片来源：点云生物

目前，采用无丝3D打印机制备的可再生人工骨，可直接将生物陶瓷复合材料在常温或低温下逐点逐层打印成型，所制备的人工骨，已经在西京医院成功完成动物骨缺损修复实验。经系列体外体内实验验证，该人工骨具有孔隙结构仿生、机械性能好、生物相容性等特点。

–—- 3D科学谷Review

从以上这些应用来看，国内企业或医疗、研究机构在3D打印不可降解植入物、可降解植入物，金属植入物、聚合物植入物以及陶瓷植入物领域均取得一定进展。然而 2017年并没有出现新的获得CFDA认证的3D打印骨科植入物产品。

株洲普林特制造的定制化钽金属垫块以及PEEK 植入物均属于不可降解的3D打印植入物。两款陶瓷人工骨均属于可降解的植入物。

不可降解的金属3D打印材料及打印技术

不可降解的聚合物3D打印材料及打印技术

可降解的聚合物3D打印材料及打印技术

陶瓷植入物3D打印材料及打印技术

此外，汉邦科技与广东工业大学在复杂骨科医疗器械的创新领域取得了突破。根据3D科学谷的市场研究，骨科精密手术器械创新与再设计是选区激光熔融3D打印技术的一个新的应用方向，国际上少数医疗器械制造商已经开展了这个领域的研究工作。

美国Stratasys 直接制造服务中心也帮助美国医疗器械公司进行了膝关节骨科手术器械的创新，创新产品是膝关节前交叉韧带手术中使用的3D打印的韧带导向器，设计师根据膝关节解剖结构对导向器顶端结构进行了设计优化。迭代后的导向器顶端槽型和角度比较复杂，Stratasys的服务中心通过选区激光熔融技术和镍基合金材料（Inconel 718 ）来制造这款优化的手术器械。

德国汉诺威莱比尼斯大学的生产工程和机床研究所（IFW）与Toolcraft公司合作，用选区激光熔融技术创建带有内部冷却通道的骨科手术钻头，从而改善因钻头钻孔过程中所产生的热量导致的热源性骨坏死的状况。

本文参考资料来源：火石创造、猎云网、腾讯

多层颈椎融合器由EIT使用其标志性Cellular Titanium技术制造。细胞钛器件是利用选择性激光熔融技术3D打印的。通过精确地编程激光的运动，EIT能够制造出一个模仿骨松质（“海绵状”）和皮质（硬）结构的核心。当植入体内时，仿生格状结构会使组织在中心内生长，并将碎骨块接合在一起。

3D打印的高质量EIT的种植体可以应用于脊柱的7级损伤。参照国际脊髓损伤图表，EIT的颈椎植入物可应用于与脊柱中段和上段相关的C2至T / Th1水平。在上层（C2），植入物可以用于治疗听觉神经，鼻窦，眼睛和舌头的损伤。下层包括肩膀，颈部，肘部，手臂和手指。

ETI准备迅速进入美国市场。最近，EIT还与美国最大的集团采购组织美国医院公司（HCA）签署了一份合同，覆盖全美近400家医院和外科中心。

来源：PConline

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据介绍，通过骨修复材料对骨隧道进行填充并促进骨隧道的骨再生，并随着材料本身的降解影响周围的成骨成血管环境，是早期治愈激素性骨坏死、避免后期关节置换的较理想手段。目前，自体骨或异体骨移植物存在供体不足、免疫排斥且不能改善移植物周围的骨修复等缺点。

过去的研究证实，淫羊藿具有预防骨质疏松及激素性骨坏死的功能。淫羊藿苷是淫羊藿的主要活性成分之一，具有促进骨髓基质干细胞的成骨分化而抑制其成脂功能进而预防激素性骨坏死的功效。

团队采用低温3D打印技术，开发了用于修复骨缺损或骨折的多孔支架材料，将具有促成骨活性的天然植物活性小分子淫羊藿苷均匀复合入多孔支架中，通过3D打印赋予此支架最理想的促成骨仿生结构（孔径300－500微米），孔隙之间具有很高的连通率。研究人员利用淫羊藿苷的骨形成促进作用和生物材料的骨传导特性，提高了激素性骨坏死早期髓内减压效果。同时，该多孔支架具有良好的生物相容性和骨传导能力，复合的植物活性小分子可以在植入部位稳定释放活性成分，原位促进植入部位的新骨再生，具有成骨移植物修复大段骨缺损的临床应用价值。

《中国科学报》 (2017-11-29 第4版 综合)

来源：科学网
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若要顺利完成骨骼修复的任务，支架材料除了应具有良好的生物相容性之外，还需要具有促进骨骼再生的能力，近日美国西北大学的材料科学家在这个领域取得了进展，他们研发出一种适合3D打印的羟基磷灰石材料，该材料被加入了一定比例的乳酸-羟基乙酸，这让3D打印的支架在无需添加生长因子的情况下也具有良好的骨骼再生促进能力，并且拥有更高的韧性。点击美国西北大学高韧性陶瓷油墨视频链接》

促进骨骼再生

来自美国西北大学材料科学系的研发团队在3D打印领域颇具经验，研究团队的负责人Ramille Shah 教授在2015年曾带领团队参与了3D打印石墨烯材料在电子和生物医学领域的应用研究，Shah 教授还参与了3D打印清洁燃料电池的研究项目。

研究团队表示尽管促进再生的生物材料已得到了大量关注和发展，但目前的材料在迅速促进骨骼再生的能力和生产能力方面仍有不足之处，他们的目标是在这方面有所突破，并使材料适合3D打印，未来可以让医生在医院的实验室中通过3D打印机快速制造出所需的骨骼支架。

为了解决这些问题，研究团队将10%的聚己内酯和聚（乳酸-羟基乙酸）材料与90%的羟基磷灰石进行混合，产生了一种新的3D打印液体油墨材料，在室温下通过该材料每小时可以3D打印出275立方厘米的骨骼修复支架。通过这种材料3D打印的骨骼修复支架表现出良好的韧性和吸附能力。与普通羟基磷灰石材料支架的不同之处，这种油墨打印的支架在受到挤压时可以迅速恢复到原来的形状。支架的孔隙率为50%，支持人体细胞生长和增殖。

究竟这个3D打印支架的骨骼修复能力如何？我们从研究团队进行的体外实验和动物实验中将有所体会。研究团队在4周的体外实验中发现，在不添加生长因子的情况下该3D打印支架能够诱导人体干细胞进行分化。研究团队还通过对小鼠和猴子的支架植入物实验，评估了这款3D打印支架的骨骼修复能力。以与人类更为接近的猴子实验为例，研究人员通过植入3D打印支架，为猴子进行了颅骨修复，植入4周之后没有出现排异反应，支架周围组织已与支架进行了结合。

研究团队表示这款高弹性的支架3D打印油墨将给医生带来非常大的灵活性，医生可以根据需要将抗生素添加到支架中，从而降低支架植入体内后发生感染的概率，还可以根据需要添加生长因子，使得支架具有更强的骨骼再生促进能力。更有意义的是，这种支架，有望应用于未成年人的骨骼修复，因为处于成长发育期的未成年人，如果接受永久性的植入物移植手术，就需要多次通过手术更换植入物，而可降解的骨骼修复支架则是通过促进人体自身骨骼再生来进行骨骼修复的，这种治疗方式将避免让未成年人多次接受植入手术。

美国西北大学的研究成果发表在 Science Translational Medicine期刊中，文章题目为 Hyperelastic “bone”: A highly versatile, growth factor-free, osteoregenerative, scalable, and surgically friendly biomaterial。

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