Fraunhofer的聯(lián)合合作開發(fā)了一種新型 3D 打印材料，旨在延長醫(yī)療植入物的使用壽命。新材料并不那么新；它是氨基酸二羥基苯丙氨酸（DOPA）。然而，3D 打印 DOPA 與各種添加劑將髖關節(jié)植入物粘附到骨骼上的技術和應用是新穎的。
該方法是由弗勞恩霍夫界面與生化工程研究所、弗勞恩霍夫應用聚合物研究所和弗勞恩霍夫美國制造創(chuàng)新中心共同開發(fā)的。
Fraunhofer 的 3D 打印多巴胺粘合劑被應用于鈦制髖關節(jié)軸。圖片由弗勞恩霍夫協(xié)會提供
髖關節(jié)植入物的并發(fā)癥
髖關節(jié)手術是侵入性的、危險的且痛苦的。多年來，該手術已經(jīng)有所改進，但仍然存在許多并發(fā)癥。對于老年人來說，根據(jù)手術的風險，髖關節(jié)只能更換一次。對于可能需要置換髖關節(jié)的年輕患者來說，由于高應力、高侵蝕表面會磨損置換髖關節(jié)，他們一生中必須接受多次手術。
也許髖關節(jié)手術最常見的失敗模式之一是身體盡最大努力排斥植入物。身體將鈦合金嵌件識別為異物，在某些情況下，會對其進行攻擊。在其他情況下，它只是盡力遠離它，這意味著它永遠不會真正融入身體。使用某種可以將骨頭粘合到植入物上的環(huán)氧樹脂有助于延長人工髖關節(jié)置換術的使用壽命。
貽貝產生一種由氨基酸多巴組成的蛋白質，使它們能夠粘附在船舶表面。圖片由Adob??e Stock提供
來自自然滋擾的靈感
弗勞恩霍夫的科學家和研究人員從一個意想不到的靈感中開發(fā)了環(huán)氧樹脂。他們開始研究貽貝如何與船底結合，產生額外的阻力并使自己變得相當麻煩。盡管海上條件惡劣，但由于氨基酸多巴，貽貝和船之間的聯(lián)系仍然牢固。
Fraunhofer的研究表明，在適當?shù)臈l件下，DOPA可以提高骨與鈦之間的粘附力。多巴與磷灰石混合，磷灰石是一種存在于骨骼和牙齒中的陶瓷材料。從本質上講，身體將添加劑視為朋友而不是敵人，從而促進骨骼生長。
3D打印仿生粘合劑
受貽貝粘附能力的啟發(fā)，F(xiàn)raunhofer 開發(fā)了一種3D 打印材料，可用于制作人體中的復雜幾何形狀。該技術將多巴和添加劑打印成定制形狀，使其適合任何人體。與鈦鑄件相比，這種材料具有巨大的優(yōu)勢，因為鈦鑄件本質上只有幾種尺寸。除了粘合能力之外，它還可以用于匹配因車禍或其他不尋常形狀而破碎的骨頭的形狀，增加接觸面積并為持久的髖關節(jié)置換術創(chuàng)造更好的貼合度。
3D 打印的膝關節(jié)（左）和髖關節(jié)（右）假體。圖片由Adob??e Stock提供
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這個項目對于那些需要醫(yī)療植入物的人來說有很大的希望。這個概念類似于生物玻璃和其他旨在治療牙科疾病和促進種植體周圍骨骼生長的項目。通過一些持續(xù)的研究和適當?shù)呐鷾剩@可能會繼續(xù)改變許多患有年齡或受傷相關關節(jié)問題的人的生活。