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3D打印质料在口腔医学领域的研究希望

宣布时间：

2023-01-11 12:49

　　作者：张隽婧，姚洋，华西口腔医学院

　　3D打印手艺通常也叫做增材制造或者是增量制造(additive manufacturing)，是建设在三维数学模子的数据基础之上，主要是使用一连的分层打印并且通过一层层的叠加，最终形成三维实体的手艺。3D打印主要优点包括:提高制造精度、简化繁琐的制作历程、节约加工质料和人力资源，经济环保，缩短生产时间，提高生产效率，实现了个性化制作。在口腔医学领域，3D打印手艺受到越来越普遍的应用以及研究，其中口腔修复学、口腔莳植学、口腔正畸学、口腔内科学都有涉及，还包括生产用于牙科莳植导板、颅颌面和整形外科植入物的制造，以及用于植入物和牙齿修复体的内冠和骨架的制造等等。

　　随着口腔医学的一直生长，3D打印质料的研究已成为许多研究者的研究重点;近年来取得了较大突破，一直有新型3D打印质料应用于口腔医学领域。本文将从金属，高分子，陶瓷和生物活性子料这4大口腔医学领域的3D打印质料睁开综述。

　　1.质料种类

　　1.1金属质料

　　口腔医用金属产品要求金属质料具有优异的机械性能，化学特征，生物相容性和耐侵蚀性等等。对证料的要求也很高，包括纯度高、含氧量低、粉末粒度细、可塑性好、流动性好等特点。现在主要应用于口腔医学领域的3D打印金属粉末质料包括:钛、钛合金、钴铬合金、不锈钢等。其中，钛及钛合金质料具有密度小、准确度高、强度大的优点，并且该种质料有较好的生物相容性，被口腔医学领域视为较量理想的3D打印金属质料。尤其是在口腔颌面部位的修复、牙体组织的修复以及有关莳植体制造等领域普遍使用。

　　由于纯钛的一些性能的缺陷，例如纯钛的强度不如钛合金大，并且纯钛的弹性模量比骨组织的要高，很容易导致钛莳植体和骨组织两者爆发不相融和的机械应力。关于此，许多研究者都试图接纳种种方法来改善纯钛的性能，例如在其外貌增添涂层或者氧化纯钛的外貌等。3D打印的钴铬合金也是口腔医学领域常用的修复质料。使用3D打印手艺制造出，再接纳修复手艺将人工牙添加上去，这样的修复体进入口腔后便具有优异的密合性。由于使用的钴铬合金义齿支架与添加的人工牙接纳了差别的质料，凭证现阶段的手艺设施，基本上不可能一次性打印出完整修复体。

　　Traini等成型了梯度化Ti-6Al-4V钛合金多孔牙科莳植体，具有越发优化的理化性能，抗拉强度、断面缩短率及延伸率均达AMs4999(美国质料协会宣布的关于3D打印钛合金的相关标准)。Figliuzzi等使用激光烧结个性化钛合金(Ti-6Al-4V)莳植体，放弃患牙后马上莳植修复，随访显示个性化莳植体及雅观效果优异。Traini等激光烧结钛合金试件，然后划分丈量试件外貌多孔层和内部致密层的弹性模量，前者靠近骨皮质，后者靠近机械加工的钛金属，批注这种要领加工钛合金莳植体能减小外貌应力，有利于莳植体的恒久稳固。

　　Mangano等将激光烧结的窄直径莳植体用于患者的后牙莳植修复治疗，37例莳植体随访2年后存留率为100.0%，乐成率为94.6%。在物理机械性能、生物抗侵蚀性及相容性等方面，需要深入研究3D打印的有关金属产品是否与古板工艺制造的产品相同，是否凭证国家的标准。现在，新兴金属质料在口腔医学领域依然处在体外研究的状态，尤其作为口腔植入质料的性能仍有很大的研究空间。

　　现在，3D打印手艺一直生长，一直优化的装备性能和多样的金属打印质料，金属3D打印手艺也会越发普遍的运用到口腔医学的各个领域中。

　　1.2高分子质料

　　高分子质料已成为现在3D打印领域中基本的成熟的打印质料，塑料作为高分子质料的代表，具有较好的热塑性、流动性与快速冷却粘接性以及其迅速固化的性能。另外，由于高分子质料具有优异的粘接性，可以使其能够与陶瓷、玻璃、纤维、无机粉末、金属粉末等形成新的复合质料，在口腔医学中，聚乳酸、聚己内酯、聚富马酸二羟丙酯等属于较量常见的3D打印质料。聚乳酸(PLA)是一种具有优异的生物可降解性的环保质料，能在特定条件下被自然界中微生物完全降解，最终天生二氧化碳和水，不会造成情形污染，对情形�；ず苁怯欣�，是公认的情形友好质料。其还具有半透明性和光泽质感，是口腔医学领域3D打印的理想质料。聚醚醚酮(PEEK)是一种热塑性聚合物，现在用于制作3D打印卫星、3D打印汽车零件，最先在3D打印行业施展真正的影响。

　　PEEK质料的优点包括，①PEEK质料弹性模量和人体骨骼相近，修复后颅骨的应力完整;②X射线透过性能好，不会爆发金属伪影，不影响医学影像，利便检测术后恢复情形;③使用3D打印PEKK质料制成的结构比用古板的PEEK具有更好的抗菌性能，可以高温消毒再用;④PEEK自己具有很强的惰性，对头皮刺激很是小，倾轧性低，稳固性高。现在用于制造义齿零件。

　　从3D打印手艺的生长状态而言，光固化立体成形属于生长最早也是最成熟的手艺，并且获得了普遍的运用。3D打印光敏树脂即光固化树脂、UV树脂，是口腔医学领域应用普遍的高分子质料。关于口腔医学领域而言，液态树脂质料需要有优良的稳固性、较低的黏度、固化迅速且水平高等。有研究发明，液态光敏树脂可以打印成可生物降解组织工程支架，使用光固化快速成型手艺制造形成的支架与人松质骨有较量相同的机械性能，并且具有增进成纤维细胞黏附与分解的作用。迅速生长的光固化树脂质料一直促入口腔医学的前进，有利于口腔医学越发个性化和精准化。

　　1.3陶瓷质料

　　口腔医学领域的陶瓷质料要求具有优异的雅观性和生物相容性，具有低密度、高强度、高硬度、耐高温、耐侵蚀、化学稳固性好等优良的物理化学特征，其普遍应用于机械制造、航空航天、生物医疗等行业。因其优良的机械性能和雅观性能，现在也用作口腔修复质料。氧化锆陶瓷用切削手艺举行加工时会有许多质料被切除掉，造成铺张，导致全瓷冠的价钱腾贵，并且还可能在义齿中有切削力造成的内裂。3D打印氧化锆陶瓷义齿对证料使用率可达90%以上，相对来说本钱较低。

　　3D打印氧化锆可镌汰质料铺张和情形污染，并可通过打印特殊内部结构来实现硬度等力学性能的仿生性。早期的氧化锆3D打印制造主要以激光烧结的要领为主，但保存制件致密度及成形效率低，外貌粗糙和裂纹等问题。光固化成形陶瓷具有优异的外貌质量和结构精度可控性，并迅速成为研究热门。现在，氧化锆质料3D打印历程中仍保存一些问题，如内部应力大、烧结后容易爆发裂纹以及体积缩短大等，这些可能会影响其机械性能和临床适合性，陶瓷质料及其加工工艺仍需进一步研究。

　　1.4生物组织质料

　　使用3D打印质料和手艺生产具有优异生物性功效的人体细胞、组织以及器官等，是众多学者一直的追求。学者们一直探索3D打印手艺，并且细密连系了生物组织工程手艺，制造具有生物功效性的人造细胞、组织和器官来替换需要修复的人体缺损组织。水凝胶是一种水溶性的高分子聚合物，其使用化学或物理的交联而爆发，是一种3D网络结构。水凝胶有优良的生物相容性，可以构建组织工程支架，并且可以加工形成可控型释放药物的载体。但现在，3D绘图生物写入制造的水凝胶具有较低的硬度，可能导致结构崩�；蛳拗菩巫吹闹卮笮�，因此3D打印生物质料的最新希望将推进3D打印生物质料领域的前进和生长。

　　在口腔医学领域中，岂论是患者个性化定制的生物组织质料，照旧现有的制品，3D打印产品在牙科和口腔手术中都施展了主要作用。现在，3D打印手艺基本上实现人牙髓细胞(human dental pulp cells，hDPCs)的生物打印，这涤讪了3D生物打印手艺更普遍的应用于牙体组织的基础。再者，人工骨质料羟基磷灰石与光敏高分子相融合可以用于制造含生物活性的骨组织工程支架。

　　在莳植学方面，3D打印个性化莳植体成为马上莳植的趋势，对钛莳植体外貌举行修饰，可增进成骨细胞的生长分解，莳植体具有更优良的特征。由于3D打印手艺天生的微米外貌的粗糙水平更容易被特定的细胞识别出来。具有微纳复合结构的莳植体增进了细胞的增殖和延展，同时更利于细胞向成骨偏向分解。在微纳复合结构提供的心理三维的仿生情形中，更利于细胞的舒展，从而更好地增殖与分解。

　　2.生长远景

　　数字化3D打印手艺为口腔医学的生长提供了先进的手艺支持，面临3D打印手艺的一直生长立异，我国政府部分一直在关注并且制订3D打印手艺的生长妄想，充分连系海内外3D打印手艺新的生长阶段以及面临的新形势、新机缘、新需求，为口腔医学领域3D打印的生长提供了政策上的推动和包管。现在，3D打印数字化口腔医学依附其高效、准确、清静等优点，能知足重大、高度定制化和快速生产的口腔产品需求。在口腔修复学领域，种种质料的牙冠等修复体普遍应用，岂论是牙齿颜色形状照旧半透明度和荧光效果等等，都有了较高的仿真度，给患者带来了优质的就医体验和越发高效知足的修复效果。

　　在口腔教学领域，3D打印作为未来口腔医学领域生长的主要手艺，应尽早让学生接触和相识数字化口腔手艺和流程，坦荡学生头脑和创立力，也让教学模式越发先进新颖。近年来，3D打印数字化口腔手艺为口腔医学带来了高精度、低本钱的口腔数据及产品。3D打印在口腔医学领域的应用和生长也将日益增强，因此口腔3D打印质料的研究和刷新更是迫在眉睫。虽然现在来看，口腔医学领域的3D打印质料仍然保存一些问题，好比:打印质料大多依赖入口，导致价钱高昂;3D打印手艺工艺和装备尚有待提高和完善;3D打印质料的质量和使用情形还需要进一程序查研究;还需建设相关规范和标准，对口腔医学领域3D打印质料的物理化学性能，机械性能，生物清静性等等做出规范。

　　为了增进3D打印手艺更普遍的运用在口腔医学领域，关于生物的清静性、机械性能以及打印手艺的研发都需要进一步深入�？山到庵柿虾突钐逑赴�3D打印、4D打印等高新科技是口腔医学领域未来3D打印探索的主要偏向。同时在研究历程中，应该充分掌握好国家的相关政策包管，虽然还需要思量CFDA(国家食物药品监视治理总局)政策的约束力，主要受限于医疗质料的认证机制以及新质料的周期等。相信在不久的未来，随着3D打印质料和支持质料处置惩罚要领的生长和立异，口腔医学领域3D打印质料和手艺将给口腔临床应用带来革命性的生长。(泉源：张隽婧,姚洋.口腔医学领域3D打印质料的研究希望[J].临床口腔医学杂志,2018(12):754-756.)

　　优德88建设于2015年，总投资规模23.4亿元人民币，是天下500强企业---优德88集团的全资子公司，公司位于河北省石家庄市平山县南甸镇优德88集团工业园区，是一家集专业研发、生产、销售高端气雾化金属粉末、激光再制造、3D打印效劳于一体的全流程增材制造公司。

　　我公司现有EOS M290打印机8台，EOS M400-4 1台，Arcam 电子束粉末快速成形系统和铂力特S310各1台，其中EOS M400-4属海内先进装备，配备四个激秃顶，打印效率是E0S M290单激秃顶的3倍以上，具有成型准确、质料使用率高等优点;公司致力于为各制造领域客户提供金属3D打印整体解决计划，营业主要涉及到航空航天零部件、模具、医疗器械及骨科植入物、汽车制造，船舶制造等领域。

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