中国粉体网讯 增材制造又称3D打印，虽然早在1992年美国麻省理工学院就研制出该项技术，但直到近年来，由于打印机的市场化、喷头技术和三维数字化技术的飞跃，3D打印才再次成为科研和应用研究的热点，特别是在医疗领域和转化医学领域。
3D金属打印简易工艺流程图
3D打印技术初期多采用树脂材料，但树脂仅能作为模型使用，无法植入人体，医学领域人体植入物材料的研究重心即从树脂材料转移到金属材料、陶瓷材料、生物材料、复合材料等。因目前金属打印技术更为成熟，金属材料倍加重视。
在医学广泛应用的骨科植入物金属材料主要有不锈钢、钴基合金、钛及钛合金、贵金属和纯金属（钽、铌等）5大类。
不锈钢
医用不锈钢与工业用不锈钢不同，最突出的特点就是作为植入物要求其在人体内保持优良的耐蚀性能，尽量没有有害金属离子溶出。由于不锈钢中含有的镍元素对人体细胞有明确的危害，因此低镍和无镍奥氏体不锈钢已经成为国际医用不锈钢的应用趋势。
目前临床上大量应用的主要是Fe-Cr-NiMo成分体系的奥氏体不锈钢，编号为316L、317L。但由于不锈钢材料本身的缺陷过多，如：弹性模量过高（约200GPa），与骨组织相差大，应力遮挡效应过于明显；在生物环境中的腐蚀问题依然存在，而且植入人体时间越久，腐蚀程度越严重，造成发炎、过敏等不良反应，影响人体健康；低镍的医用不锈钢仍有Ni、Cr等金属离子溶出导致的组织反应问题，比如Ni接触性皮炎、过敏性湿疹、Ni毒性效应等。因此，不锈钢材料在临床应用和医学科研方面的应用逐渐进入“冷宫”状态。
纯钛及钛合金
纯钛因为抗腐蚀性能优良，但强度较低、耐磨性较差，多在口腔领域用于义齿、牙种植体、颅颌钉板等，显然不适合骨科系统，特别是在强度方面，从而限制了它在骨科较大承载力部位的使用。
钛合金分为以下三类：α合金，（α+β）合金和β合金，在我国分别以TA、TC、TB表示，其中α合金为密排六方晶格结构，β合金为体心立方晶格结构。
发展至今的第三代钛合金外科植入物即具有高强度、低弹性模量、优异成形性和抗腐蚀性能的β钛合金，相较第一代/第二代钛合金，其更适于作为人体内植入物。目前作为钛合金材料研究的重点，将来有可能取代医学领域中现广泛使用的Ti-6Al-4V合金。
在美国，已有5种β钛合金被推荐至医学领域，即TMZFTM（TI-12Mo-Zr2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal21SRx（TI-15Mo2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti15Mo。
钴基合金
又称钴铬合金，是一种硬质合金，耐磨损、耐腐蚀，还具有抗高温氧化的性能，即通常所说“司太立”合金。钴基合金是以钴作为主要成分，主要分为两类：一类是Co-Cr-Mo合金（F75），另一类是Co-Ni-Cr-Mo合金（F562），都是主要用于制造关节置换假体的连接件部分。
美国材料实验协会列出了4种钴基合金，被推荐在外科植入物中使用：1）可铸造的钴铬相合金（F75）；2）可锻造的钴镍铬铝合金（F562）；3）可锻造的钴铬钨镍合金（F590）；4）可锻造的钴镍铬铝钨铁合金（F563）。上述的4大类医用钴基合金目前仅有两种合金（F75和F562）被广泛用于制作人体植入物。
钴基合金具有极好的机械性能，良好的生物耐受性和非常高的体内耐腐蚀性，因此它们被广泛应用于长期植入人体的人工关节部件，曾经金属对金属界面被认为是有史以来最耐磨的硬性界面，但由于不可预知的金属离子对人体的危害，导致产品应用受到极大限制。
其他贵金属和纯金属
医用稀有贵金属主要包括金、银、铂、铌、锆、钽等。近年来已有大量基础研究和临床实践表明，在无毒性和生物相容性方面表现较佳的排在前3位的金属材料是：铌、钽、钛。
铂（Pt）是硅胶和凝胶生产过程中的催化剂，包含美国食品药品管理局在内的多个机构在进行调查后，并未发现铂在体内具有毒性的证据，因此铂金硅胶是多种医疗植入物的成分，例如关节修复体、人工腰椎间盘等等。
铌（Nb）很少单独使用，主要用于制造超级合金，如硅-铌合金、钛-铌合金、锆-铌合金，作为一种优秀的添加剂可以大幅改善合金的性能。有资料显示铌具有很好的生物适应性：用铌片网可以弥补头盖骨的损伤；铌丝可以用来缝合神经和肌腱；铌条可以代替折断了的骨头和关节；铌丝制成的铌纱或铌网，可以用来补偿肌肉组织。
锆由于既能结合金属，又能在高温下形成氧化物陶瓷表面，工程材料学上常以锆铌合金为基础，利用高温在其表面原位形成氧化陶瓷层，可以获得表面高耐磨、整体高强韧的医学植入材料。氧化锆陶瓷的性能超越第一代的氧化铝陶瓷，已经成为硬性磨损界面的新一代产品。
钽具有极佳的生物惰性和生物相容性，从1940年纯钽首次被应用于骨科领域，至今已应用于临床80余年。在骨关节领域大量使用的多孔钽技术，如初次髋关节置换的臼杯、髋膝缺损部位的垫块等，以及多孔钽棒植入治疗早期股骨头坏死，目前已有大量的长期随访安全有效的报道。
可吸收金属材料
可吸收金属材料主要分为：镁基材料、锌基材料和铁基材料，其中镁在体内降解速度最快，其次是锌，铁降解较慢，目前研究和使用较多的是镁基材料，可以分为纯镁和镁合金，纯镁由于降解过快，较少使用，可降解的镁合金是研究热门材料。作为3D打印的金属材料需对其在生物体内的降解过程及离子的浓度监测作为首要的研究重点。
参考来源：金属3D打印原理及可行性的医用金属粉体材料综述，许玮，福建省立医院、福建省急诊医学重点实验室（创伤研究室）
（中国粉体网编辑整理/平安）
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