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(guān)節(jié)植入物粘附到骨骼上的技術(shù)和應(yīng)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(yīng)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(yīng)用于鈦制髖關(guān)節(jié)軸。圖片由弗勞恩霍夫協(xié)會提供

髖關(guān)節(jié)植入物的并發(fā)癥

髖關(guān)節(jié)手術(shù)是侵入性的、危險的且痛苦的。多年來，該手術(shù)已經(jīng)有所改進(jìn)，但仍然存在許多并發(fā)癥。對于老年人來說，根據(jù)手術(shù)的風(fēng)險，髖關(guān)節(jié)只能更換一次。對于可能需要置換髖關(guān)節(jié)的年輕患者來說，由于高應(yīng)力、高侵蝕表面會磨損置換髖關(guān)節(jié)，他們一生中必須接受多次手術(shù)。

也許髖關(guān)節(jié)手術(shù)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(jìn)行攻擊。在其他情況下，它只是盡力遠(yuǎn)離它，這意味著它永遠(yuǎn)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(guān)節(jié)置換術(shù)的使用壽命。

貽貝產(chǎn)生一種由氨基酸多巴組成的蛋白質(zhì)，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(xué)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(jié)合，產(chǎn)生額外的阻力并使自己變得相當(dāng)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(dāng)?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(zhì)上講，身體將添加劑視為朋友而不是敵人，從而促進(jìn)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(fù)雜幾何形狀。該技術(shù)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?yàn)殁佽T件本質(zhì)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(guān)節(jié)置換術(shù)創(chuàng)造更好的貼合度。

3D 打印的膝關(guān)節(jié)（左）和髖關(guān)節(jié)（右）假體。圖片由Adob??e Stock提供 

正在進(jìn)行中

這個項(xiàng)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(jìn)種植體周圍骨骼生長的項(xiàng)目。通過一些持續(xù)的研究和適當(dāng)?shù)呐鷾?zhǔn)，這可能會繼續(xù)改變許多患有年齡或受傷相關(guān)關(guān)節(jié)問題的人的生活。