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潛力新材料——醫用級鈦粉與鎳鈦合金粉

来源:www.uuuwell.com  2021-5-25 20:50

   

上榜理由

推動個性化醫療大放異彩

新材料產業發展指南》在突破重點應用領域急需的新材料中提到,要大力發展醫用增材製造技術,突破醫用級鈦粉與鎳鈦合金粉等關鍵原料制約。

3D列印技術正在推動著醫療衛生產業的變革,鈦及鈦合金作為性能優異的生物醫用材料,

正以驚人的速度在發展。二者的結合,將助推個性化醫療大放異彩。

材料簡介

鈦金屬不僅強韌、質輕、而且具有很好的生物相容性和耐腐蝕性,所以非常適合用來製造醫用植入物,它也是一種理想的金屬3D列印材料。鎳鈦合金具有形狀記憶效應,這更加拓寬了鈦合金在生物醫用材料領域的應用前景。

醫療的個性化需求和高附加值特徵與3D列印的特性十分吻合,使得該領域成為最適合使用3D列印技術的領域之一,醫用級鈦粉和鎳鈦合金粉的需求與日俱增。

鈦及鈦合金的應用領域十分寬泛,本文主要介紹其在生物醫用方面的應用。

應用領域

生物醫用:假牙假體心臟支架骨科修復整形外科植入物…

發展歷程

-20世紀40年代,鈦和鈦合金逐漸在臨床醫學中獲得應用

-1951年,開始利用純鈦來製造植入物器械,如接骨板和骨螺釘等

-20世紀60年代,Buehler等人發現了鎳鈦合金的形狀記憶效應,此後鎳鈦合金被廣泛應用於生物醫學領域的各個分支

-20世紀70年代,Baker首次報道了β型鈦合金在特定條件下的形狀記憶效應,這一效應更加拓寬了鈦合金在生物醫用材料領域的應用前景

-目前,用於生物醫學領域的形狀記憶鈦合金仍存在生物毒性生物力學相容性、彈性模量等方面的缺陷,國內外學者正對此進行大量研究

研究熱點

醫用鎳鈦形狀記憶合金的形狀記憶恢復溫度為36±2℃,符合人體溫度在臨床上表現出與鈦合金相當的生物相容性。但由於鎳鈦記憶合金中含有大量的鎳元素,如果表面處理不當,則其中的鎳離子可能向周圍組織擴散滲透,引起細胞組織壞死

當前,對已開發出的鈦合金進行表面改性,以抑制毒性元素的釋放,增強合金的生物相容性和機械性能從而達到生物醫學領域使用的標準成為新的研究熱點。

近年來的研究主要集中在物理改性法、化學改性法以及生物化學方法。物理改性法包括等離子噴塗法、離子注入法、氣相沉積法、鍍類金剛石薄膜法、激光熔覆法等,化學改性法包括酸鹼處理法、微弧氧化法、溶膠-凝膠法、水熱法等,生物化學方法包括仿生溶液生長法、自組裝法等。

市場規模預測

據SmarTech Analysis的統計及預測數據顯示,2019年全球金屬3D列印市場達到33億美元(包括3D列印設備、材料和服務),預計到2024年將增長至110億美元。

金屬粉末材料作為金屬3D列印的上游產業迎來了新的發展機遇,行業對醫用級鈦粉與鎳鈦合金粉的需求也將持續走高。

主要研究單位/公司

國內:陝西鳳翔、航天海鷹、岐山邁特、寶雞富士特、飛而康、創潤新材料、宇光飛利、亞通焊材、鉑力特…

國外:Praxair、PyroGenesis、Metalysis、Praxair SurfaceTechnologies、Metasphere Technology、Arcam…

以上排名不分先後,名稱均為簡稱

應用案例

口腔種植牙:只需要掃描一下口腔即可得到假牙的精準數據,一次可以同時列印200多顆形狀各異的假牙,只需8小時即可完成列印,每顆假牙的列印成本約為150元。相比傳統假牙訂製,3D列印訂製假牙速度更快、價格更便宜。

假牙

圖片來源: 圖蟲創意

醫用支架:採用3D列印技術將具有電活性的材料製備成生物醫用支架,繼而在此支架上實現可以調控和優化的可控細胞和組織生長,最終獲得有生物功能的新產品或新技術,以應用於醫學檢測、診斷治療

醫用支架

圖片來源:圖蟲創意

器官模型:具有高度的模擬性和良好的生物相容性,適於學術研究及動物模型軟組織或硬組織修復等工作。

器官模型

圖片來源:圖蟲創意

骨骼修復:採用3D列印技術用鈦粉列印出缺失的骨骼,再用生物醫用碳素纖維材料列印出臉部組織,最終給患者列印出一個完美的假臉。3D列印技術的發展,對具有複雜空間和多重生物功能的人體器官的製備將顯示出巨大的優越性。

骨骼修復

圖片來源:圖蟲創意