[00317553]3D打印钛合金骨诱导涂层的电化学制备与应用

成果简介：

在个体化数字设计、3D 打印技术制备个性化钛合金多孔支架植入体的基础上，研究钛合金多孔支架植入基体材料的骨诱导修饰技术，开发骨诱导个性化颌面骨植入材料。即通过电化学法在3D打印钛合金表面制备TiO2纳米管氧化层，再通过电化学法原位沉积羟基磷灰石晶体，最后在通过载药微球嵌入和层层自组装技术搭载细胞活性分子及药物，该复合涂层解决了骨替代材料与自体骨界面稳定性问题。通过调控TiO2纳米管微观结构来进一步分析不同尺度的纳米管对材料的亲水性、生物活性、粘附蛋白适应性和细胞毒性的影响，通过沉积载药微球和细胞活性药物的方法同时实现了材料的生物相容性的提升和定点给药。该复合涂层的研发为钛合金在纳米生物材料领域的发展奠定了基础，并为新型纳米生物材料的进步提供了研究思路。

成果技术指标、关键技术、创新要点：

技术指标：3D打印技术：支架模量10~60GPa，支架基体致密度不低于99.0%，支架基体机械性能不低于ISO 5832-3 要求，支架基体生物学性能符合GBT16886.5-2003 要求，无毒、无致突变、无刺激性、无排斥反应等。

表面修饰装置性能：具备将钛合金支架阳极氧化功能，将微球溶液电吸附沉积结合形成微球涂层功能，涂层修饰装置简单操作方便。

关键技术：

精准颌面植入体三维数据重建技术；个性化多孔支架结构设计；强韧性精准颌面支架制造技术；高仿真、分等级的骨修复纳微涂层修饰技术；通过载药微球嵌入或层层自组装技术搭载细胞活性分子及药物，提高骨修复微纳涂层的生物活性，减少排异，定向调节骨诱导修饰层表面骨组织骨细胞生长，达到骨诱导和骨调控目的。

创新要点：结合3D打印技术设计灵活、快速成型的优势，在钛合金植入材料表面进行机械、化学方法表面改性，金属植入材料表面修饰无机涂层（羟基磷灰石）和具有生化功能的有机涂层（酶，蛋白，药物）形成复合涂层，提高植入体的生物相容性，提高植入体与周围骨组织的界面稳定性。

先进性：

3D 打印技术在异形或复杂曲面薄壁器件、内含复杂镂空结构器件和小批量个性化定制器件的制造方面具有传统制造无法比拟的优势，有望给钛合金等金属材料的制造带来变革性影响，因此探索3D 打印技术及物理性抗菌合金材料设计在颌面骨修复的应用可以填补国内外在该领域的不足，具有先进性。

本项目利用电化学阳极氧化产生具有骨诱导活性钛纳米管作为基体分别利用电化学法和仿生法沉积羟磷灰石，沉积率和沉积时间大大短于仿生沉积时间；通过掺杂金属离子形成原位羟基磷灰石在颌面修复材料中应用属首创。将具有促进骨折组织生长，促进骨细胞生长和抗炎作用的药物包封于微球中，局部植入治疗，与种植体牢固结合，可以起到在颌面植入体及周围组织定向给药，实现药物的可控释放，改善局部的成骨微环境，促进成骨细胞增殖分化，促骨形成，填补国内空白。

成果应用领域及应用前景分析：

本项目的成果以生产具有自主知识产权的骨诱导个性化颌面骨修复材料的形式应用于颌面畸形与缺损的整复领域，实现颌面骨缺损的个体化、功能性修复。解决当前国内软组织填充材料在自身性能上的不足与缺陷，达到国际先进产品的性能指标，为患者解决临床难题。采用3D 打印技术提供更个性化的治疗方案，帮助临床医生设计更为合理的手术方案，尤其在颌面骨替代物的形状匹配中具有独特的优势，解决颌面骨畸形、缺损整复中一些难题。从而给患者、口腔颌面外科和整形外科临床医生乃至整个社会带来巨大的帮助，具有显著的临床效益和广阔的应用前景。