抗菌機能を備えた 3D プリント多孔質コバルトクロム合金ステントインプラント

この投稿は、Little Soft Bear によって 2016-12-7 14:45 に最後に編集されました。

3Dプリントは、層ごとに材料を積み重ねる原理に基づく金型を使用しない製造方法であり、複雑な部品形状と内部の多孔質構造を形成できます。デジタル設計方法を通じて、多孔質構造の形状、サイズ、多孔度などのパラメータを制御できます。そのため、医療分野では非常に実用的です。Antarctic Bearは、3Dプリント技術が医療用途でますます大きな進歩を遂げると考えています。多孔質構造は、3Dプリントされた軽量部品によく見られます。「軽い」ですが、構造設計によって優れた機械的特性も実現できます。

3D プリントされた多孔質構造は、ステントインプラントの製造にも使用できます。従来の固体インプラントと比較した 3D プリントされた多孔質ステントの利点と欠点は何ですか?デメリットを補うためにどのような方法がありますか?

華中科技大学が開発した3Dプリント多孔質スキャフォールドは、顎関節インプラントです。顎関節インプラントは、人々が毎日最もよく使用する関節の 1 つです。強直症、外傷、腫瘍などの疾患に悩まされると、顎関節は形態的欠陥や機能喪失に悩まされることが多くなります。発声機能や咀嚼機能、嚥下機能に深刻な影響が及び、患者に深刻な身体的、精神的トラウマを引き起こします。人工顎関節置換術はこれらの疾患の治療に重要な治療法ですが、顎関節自体の形態的構造や生理的機能の複雑さから、人工関節置換手術や再建には大きな課題があります。

華中科技は、SLM金属3Dプリント技術とコバルトクロム（Co-Cr）3Dプリント粉末材料を使用して、多孔質構造を持つパーソナライズされた顎関節ステントインプラントを製造しました。インプラントは、体心立方単位を積み重ねることによって形成され、体心立方単位は、中心ノード、８つの頂点および８つの柱を含み、８つの柱は、中心ノードから８つの頂点までそれぞれ放射状に延びている。多孔質ステントインプラントは円筒形であり、構成単位の柱径は200μm、多孔度は86%である。

では、ステントインプラントを多孔質構造に設計する理由は何でしょうか? 3D Science Valleyは、コバルトクロム合金の耐摩耗性がチタン合金よりも優れていることを知りました。しかし、コバルトクロム合金で作られた従来の固体インプラントは、その高い弾性率により応力遮蔽効果を生み出し、インプラント後長期的にはインプラントが緩む原因となります。多孔質構造の設計により、インプラントは人間の骨と一致する弾性率を実現できます。

さらに、多孔質スキャフォールドインプラントは、主に骨髄腔に挿入して周囲の骨が孔に成長できるようにしたり、保持釘で補助したりして固定されます。この設計により、従来の固体インプラントと比較して表面積が大幅に増加し、骨の成長を促進します。しかし、表面積が大きくなると術後感染を起こしやすくなるというデメリットも生じます。このデメリットを解決して初めて、コバルトクロム合金多孔質スキャフォールドインプラントは大面積骨欠損の修復の分野で使用できるようになります。

華中科技大学が採用した方法は、改良された電着法を使用して、SLM形成多孔質スキャフォールドの内外面に均一な厚さで連続的かつ完全なシルクフィブロインとゲンタマイシン複合極薄コーティングを構築することです。コーティングの結合強度は外科的ニーズを満たし、剥離を防ぐことができます。

この抗菌コーティングと電着法は、3Dプリントされたコバルトクロム合金多孔質ステントなど、内部の細孔が複雑なインプラントの表面改質に適しています。その製造方法は、基材のサイズや形状に制限されず、コーティング溶質が多孔質ステントの内部に入り込むことができるため、多孔質ステントの内面にコーティングを構築することができ、術後感染を起こしやすい多孔質プロテーゼの欠点を改善するのに役立ち、3Dプリントされた多孔質ステントインプラントの適用範囲をさらに拡大するという目的を達成します。

参照特許:
抗菌機能コーティングを施した3Dプリント多孔質足場とその製造方法
患者固有の多孔質構造を持つインプラント
レーザーで生成された多孔質構造

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
3Dプリントされたコバルトクロム合金の歯を装備したブラジルの犬は、戦闘価値を99％回復しました
20年の産業用3Dプリントの背景：北京易佳金属3Dプリンターが正式にリリースされる

抗菌機能を備えた 3D プリント多孔質コバルトクロム合金ステントインプラント

今後、3Dプリントがどのように発展していくのか見てみましょう

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