3D打印技術(shù)與口腔植入材料課件

1、3打印技術(shù)與口腔植入材料第1頁，共30頁?？谇恢踩氩牧鲜侵覆糠只蛉柯裰灿诳谇活M面部軟組織、骨組織的生物材料，用于修復(fù)口腔頜面部組織器官缺損并重建其生理功能，或?yàn)榭谇活M面部組織器官缺失、缺損修復(fù)重建提供固位體，也可作為口腔頜面部疾患治療的裝置。這里主要講與羥基磷灰石（HA）和生物活性玻璃陶瓷（BGC）有關(guān)的材料第2頁，共30頁。植入材料的性能要求1.生物學(xué)性能2.適宜的力學(xué)性能3.良好的化學(xué)穩(wěn)定性4.可消毒滅菌5.良好的加工成型性和臨床操作性6.生產(chǎn)實(shí)用第3頁，共30頁。植入材料與機(jī)體結(jié)合的影響因素（一）材料化學(xué)組成與界面（二）材料表面形狀與界面 1.植入材料的表面能 2.植入材料的孔隙 3.

2、植入材料的形態(tài)（三）材料力學(xué)性質(zhì)與界面第4頁，共30頁。植入材料的孔隙的作用： 1.為組織細(xì)胞向植入材料中生長提供通道 和生長通道 2.增大組織液與植入材料之間的接觸表面 積，加速反應(yīng)過程 3.孔隙有利于局部體液循環(huán)，為長入材料 內(nèi)部的新生組織提供營養(yǎng) 4.組織長入孔隙后與材料形成機(jī)械性鎖結(jié)作用， 顯著提高兩者的結(jié)合強(qiáng)度第5頁，共30頁。3D打印技術(shù)Three-Dimensional printing (3Dp)是一項(xiàng)新型的快速成型技術(shù)，其原理是根據(jù)CAD模型，打印頭在薄層粉末上噴射粘結(jié)劑形成二維平面，并逐層堆積成型。第6頁，共30頁。主題由于不同植人部位所需的結(jié)構(gòu)和性能的多樣化，運(yùn)用3DP技

3、術(shù)可以改變材料的組成和試件的外形結(jié)構(gòu)，通過定向的三維打印控制不同的孔隙率，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用有更大的優(yōu)勢(shì)。相比于其他材料，他對(duì)于復(fù)雜形狀的植入體的設(shè)計(jì)和制造，也更有優(yōu)勢(shì)第7頁，共30頁。證據(jù)1設(shè)計(jì)材料第8頁，共30頁。燒結(jié)第9頁，共30頁。MC3T3-E1 cells 一種成骨系細(xì)胞與3DP技術(shù)制造出的HA支架材料進(jìn)行靜置培養(yǎng)和旋動(dòng)培養(yǎng)第10頁，共30頁。(A)statically cultured for 1 day: only one single cell visible (arrow); (B) outer slice and (C) inner slice of staticall

4、y cultured cells after 7 days: cells growlayerwise; (D) outer slice and (E) inner slice of dynamically cultured cells for 7 days: deep cell ingrowth in between the HA-granules第11頁，共30頁。“Both approaches definitely demonstrate that cells maintaintheir characteristic cell morphology. They attachedwell

5、on 3D printed scaffolds and showed good proliferationinto the HA matrices ”“HA scaffolds,made by 3D printing, are very suitable for bone replacement”結(jié)論第12頁，共30頁。證據(jù)2疑問：3DP技術(shù)制作的材料燒結(jié)后的性能會(huì)影響植入材料的效果么？（因?yàn)闀?huì)收縮）通過對(duì)實(shí)驗(yàn)材料（納米級(jí)）多孔羥基磷灰石燒結(jié)前后的性能測(cè)定來判斷分別設(shè)計(jì)每層粘接面積為100%(即全層噴涂粘接劑)和80%(即每層噴涂粘接劑為十字網(wǎng)格狀)的A.B兩組HA試件初坯.每組5個(gè)第13頁，

6、共30頁。第14頁，共30頁。燒結(jié)前后2組HA試件的表面形貌A組燒結(jié)前表面光滑，結(jié)構(gòu)致密，無明顯的斷層及裂紋(圖2)，燒結(jié)后表面較為致密光滑，未見坍塌和裂紋(圖3)B組燒結(jié)前表面可見結(jié)構(gòu)清晰的網(wǎng)狀孔隙結(jié)構(gòu)，孔隙均勻分布，為打印時(shí)未噴射粘接劑部分(圖4)。燒結(jié)后表面仍可見分布均勻清晰的網(wǎng)狀孔隙線條，結(jié)構(gòu)比燒結(jié)前更為疏松，與燒結(jié)前相比較，燒結(jié)后的羥基磷灰石表面粉末結(jié)合更為緊密，整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)收縮，但未出現(xiàn)變形現(xiàn)象(圖5)第15頁，共30頁。燒結(jié)后2組HA試件的微觀結(jié)構(gòu)第16頁，共30頁。 兩種不同粘接面積的HA試件經(jīng)1150燒結(jié)后，通過場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡放大5000均可見明顯的結(jié)晶狀，由燒結(jié)前的粉末結(jié)

7、合成大片的晶體。 A組的HA結(jié)構(gòu)較B組的結(jié)構(gòu)更致密，存在的孔隙也較少(圖6,7) 2組燒結(jié)后均可見清晰的孔隙結(jié)構(gòu)，其中A組HA孔徑大小為50-150 m(圖8)，B組HA為100 -200 m之間(圖9) B組HA孔隙的數(shù)量和大小均大于A組HA的孔隙，結(jié)構(gòu)也更為疏松，表面的孔隙與深部的孔隙相連通，形成多孔結(jié)構(gòu)。第17頁，共30頁。燒結(jié)后2 組HA的XRD衍射分析第18頁，共30頁。燒結(jié)后 2組HA的孔隙率及抗壓強(qiáng)度 A組試件經(jīng)燒結(jié)后(58.58士4.35)%，抗壓強(qiáng)度為(84.3土12.1)MPB組試件燒結(jié)后孔隙率為(68.18土0.71)%，抗壓強(qiáng)度為(50.9士5.l)MPaA組與B組的抗

8、壓強(qiáng)度經(jīng)SAS軟件進(jìn)行t檢驗(yàn)后，其P值為0. 0004 0. 05，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。兩組的孔隙率經(jīng)t檢驗(yàn)后，P值為0. 0005 0. 05，差異也具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，第19頁，共30頁。根據(jù)以上測(cè)定，其基本性能可認(rèn)為與傳統(tǒng)工藝制作的羥基磷灰石材料均滿足醫(yī)用植人材料的力學(xué)性能的要求，而與自身組織的強(qiáng)度較為接近但3D打印技術(shù)結(jié)合了CAD技術(shù)可以控制成型孔隙的大小、形狀及分布，而且制作過程中無需模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的試件，特別適合根據(jù)不同病例特點(diǎn)要求的特性制造，對(duì)于不同患者只需要改變CAD模型即可第20頁，共30頁。證據(jù)3通過與其他材料的比較，測(cè)定材料3DP-HAAW各種性

9、能，來證明該材料的優(yōu)越性。第21頁，共30頁。主要的名詞apatitewollastonite glass ceramic（A-W glass ceramic 生物活性玻璃陶瓷 MgO-CaO-SiO2-P2O5）hydroxyapatite + AW glass ceramic（HAAW composite 不會(huì)翻譯。） （apatitewollastonite glass ceramic reinforced hydroxyapatite composite） 3DP + hydroxyapatite + AW glass ceramic（3DP HAAW composite ) （apa

10、titewollastonite glass ceramic reinforced hydroxyapatite composite fabricated by 3D-printing） 第22頁，共30頁。實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目Particle size determination 粒度測(cè)定Microstructure examination 微觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)Apparent porosity determination 表面孔隙率測(cè)定X-ray diffraction X射線衍射Mechanical testing 力學(xué)試驗(yàn)Bioactivity in SBF 在模擬體液中的生物活性In vitro ce

11、ll toxicity 體外的細(xì)胞毒性第23頁，共30頁。通過各種測(cè)試得出結(jié)論1. Properties of 3DP hydroxyapatite/AW glass ceramic composite were influenced by sintering temperatures and times. Sintering the composite at 1300for 3h produced the greatest flexural modulus （彎曲模量）and strength（彎曲強(qiáng)度） and lowest porosity（最低孔隙度）, 34.10 GPa, 76.8

12、2 MPa and 2.50% respectively區(qū)別：彎曲模量(flexural modulus)是表征材料在彈性極限內(nèi)抵抗彎曲變形的能力。 楊氏模量(Youngs modulus)是表征在彈性限度內(nèi)物質(zhì)材料抗拉或抗壓的物理量，它是沿縱向的彈性模量 第24頁，共30頁。2. The advantages of this fabrication technique compared to others is that the implants can be customized and that there is virtually no limitation in the comple

13、xity of the shape that can be designed and fabricated第25頁，共30頁。證據(jù)4通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)來測(cè)試3D打印制造的材料在臨床上的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物：Eight adult New Zealand rabbits of both sexes植入材料：Si-hydroxyapatite/polycaprolactone/DMB （含硅羥基磷灰石 聚乙酸內(nèi)酯 脫鈣骨基質(zhì)） scaffolds fabricated by 3D printing方法：外科手術(shù)植入步驟：略第26頁，共30頁。第27頁，共30頁。通過觀察兔脛骨缺損區(qū)的愈合情況主要從兩個(gè)方面Ra

14、diological study 放射線學(xué)研究Radiological images of the tibiae show that these were not modified as a consequence of scaffold implantation, nor were any ectopic bone formation foundHistological study 組織學(xué)研究Based on morphological observation, there was a greater presence of ossification and new bone formati

15、on with DBM-containing scaffolds, although results were not statistically significative; histomorphometric and longerterm studies are needed to clarify this.第28頁，共30頁。CONCLUSIONSThe incorporation of DBM into 3D printed SiHA/polycaprolactone scaffolds results in implants with excellent osteointegration, histocompatibility, and osteoconductive properties，thus suitable to be used for bone regene