3D打印技术与口腔植入材料ppt课件.ppt

1 3 打印技术与口腔植入材料 2 口腔植入材料 是指部分或全部埋植于口腔颌面部软组织 骨组织的生物材料 用于修复口腔颌面部组织器官缺损并重建其生理功能 或为口腔颌面部组织器官缺失 缺损修复重建提供固位体 也可作为口腔颌面部疾患治疗的装置 这里主要讲与羟基磷灰石 HA 和生物活性玻璃陶瓷 BGC 有关的材料 3 植入材料的性能要求 1 生物学性能2 适宜的力学性能3 良好的化学稳定性4 可消毒灭菌5 良好的加工成型性和临床操作性6 生产实用 4 植入材料与机体结合的影响因素 一 材料化学组成与界面 二 材料表面形状与界面1 植入材料的表面能2 植入材料的孔隙3 植入材料的形态 三 材料力学性质与界面 5 植入材料的孔隙的作用 1 为组织细胞向植入材料中生长提供通道和生长通道2 增大组织液与植入材料之间的接触表面积 加速反应过程3 孔隙有利于局部体液循环 为长入材料内部的新生组织提供营养4 组织长入孔隙后与材料形成机械性锁结作用 显著提高两者的结合强度 6 3D打印技术 Three Dimensionalprinting 3Dp 是一项新型的快速成型技术 其原理是根据CAD模型 打印头在薄层粉末上喷射粘结剂形成二维平面 并逐层堆积成型 7 主题 由于不同植人部位所需的结构和性能的多样化 运用3DP技术可以改变材料的组成和试件的外形结构 通过定向的三维打印控制不同的孔隙率 在生物医学领域的应用有更大的优势 相比于其他材料 他对于复杂形状的植入体的设计和制造 也更有优势 8 证据1 设计材料 9 烧结 10 MC3T3 E1cells一种成骨系细胞与3DP技术制造出的HA支架材料进行静置培养和旋动培养 11 A staticallyculturedfor1day onlyonesinglecellvisible arrow B outersliceand C innersliceofstaticallyculturedcellsafter7days cellsgrowlayerwise D outersliceand E innersliceofdynamicallyculturedcellsfor7days deepcellingrowthinbetweentheHA granules 12 Bothapproachesdefinitelydemonstratethatcellsmaintaintheircharacteristiccellmorphology Theyattachedwellon3DprintedscaffoldsandshowedgoodproliferationintotheHAmatrices HAscaffolds madeby3Dprinting areverysuitableforbonereplacement 结论 13 证据2 疑问 3DP技术制作的材料烧结后的性能会影响植入材料的效果么 因为会收缩 通过对实验材料 纳米级 多孔羟基磷灰石烧结前后的性能测定来判断分别设计每层粘接面积为100 即全层喷涂粘接剂 和80 即每层喷涂粘接剂为十字网格状 的A B两组HA试件初坯 每组5个 14 15 烧结前后2组HA试件的表面形貌 A组烧结前表面光滑 结构致密 无明显的断层及裂纹 图2 烧结后表面较为致密光滑 未见坍塌和裂纹 图3 B组烧结前表面可见结构清晰的网状孔隙结构 孔隙均匀分布 为打印时未喷射粘接剂部分 图4 烧结后表面仍可见分布均匀清晰的网状孔隙线条 结构比烧结前更为疏松 与烧结前相比较 烧结后的羟基磷灰石表面粉末结合更为紧密 整体结构出现收缩 但未出现变形现象 图5 16 烧结后2组HA试件的微观结构 17 两种不同粘接面积的HA试件经1150 烧结后 通过场发射电子显微镜放大5000均可见明显的结晶状 由烧结前的粉末结合成大片的晶体 A组的HA结构较B组的结构更致密 存在的孔隙也较少 图6 7 2组烧结后均可见清晰的孔隙结构 其中A组HA孔径大小为50 150 m 图8 B组HA为100 200 m之间 图9 B组HA孔隙的数量和大小均大于A组HA的孔隙 结构也更为疏松 表面的孔隙与深部的孔隙相连通 形成多孔结构 18 烧结后2组HA的XRD衍射分析 19 烧结后2组HA的孔隙率及抗压强度 A组试件经烧结后 58 58士4 35 抗压强度为 84 3土12 1 MPB组试件烧结后孔隙率为 68 18土0 71 抗压强度为 50 9士5 l MPaA组与B组的抗压强度经SAS软件进行t检验后 其P值为0 0004 0 05 差异具有统计学意义 两组的孔隙率经t检验后 P值为0 0005 0 05 差异也具有统计学意义 20 根据以上测定 其基本性能可认为与传统工艺制作的羟基磷灰石材料均满足医用植人材料的力学性能的要求 而与自身组织的强度较为接近但3D打印技术结合了CAD技术可以控制成型孔隙的大小 形状及分布 而且制作过程中无需模具 就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的试件 特别适合根据不同病例特点要求的特性制造 对于不同患者只需要改变CAD模型即可 21 证据3 通过与其他材料的比较 测定材料3DP HAAW各种性能 来证明该材料的优越性 22 主要的名词 apatite wollastoniteglassceramic A Wglassceramic生物活性玻璃陶瓷MgO CaO SiO2 P2O5 hydroxyapatite A Wglassceramic HAAWcomposite不会翻译 apatite wollastoniteglassceramicreinforcedhydroxyapatitecomposite 3DP hydroxyapatite A Wglassceramic 3DPHAAWcomposite apatite wollastoniteglassceramicreinforcedhydroxyapatitecompositefabricatedby3D printing 23 实验的项目 Particlesizedetermination粒度测定Microstructureexamination微观结构检测Apparentporositydetermination表面孔隙率测定X raydiffractionX射线衍射Mechanicaltesting力学试验BioactivityinSBF在模拟体液中的生物活性Invitrocelltoxicity体外的细胞毒性 24 通过各种测试得出结论 1 Propertiesof3DPhydroxyapatite A Wglassceramiccompositewereinfluencedbysinteringtemperaturesandtimes Sinteringthecompositeat1300 for3hproducedthegreatestflexuralmodulus 弯曲模量 andstrength 弯曲强度 andlowestporosity 最低孔隙度 34 10GPa 76 82MPaand2 50 respectively区别 弯曲模量 flexuralmodulus 是表征材料在弹性极限内抵抗弯曲变形的能力 杨氏模量 Young smodulus 是表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量 它是沿纵向的弹性模量 25 2 Theadvantagesofthisfabricationtechniquecomparedtoothersisthattheimplantscanbecustomizedandthatthereisvirtuallynolimitationinthecomplexityoftheshapethatcanbedesignedandfabricated 26 证据4 通过动物实验来测试3D打印制造的材料在临床上的应用 实验动物 EightadultNewZealandrabbitsofbothsexes植入材料 Si hydroxyapatite polycaprolactone DMB 含硅羟基磷灰石聚乙酸内酯脱钙骨基质 scaffoldsfabricatedby3Dprinting方法 外科手术植入步骤 略 27 28 通过观察兔胫骨缺损区的愈合情况 主要从两个方面Radiologicalstudy放射线学研究Radiologicalimagesofthetibiaeshowthatthesewerenotmodifiedasaconsequenceofscaffoldimplantation norwereanyectopicboneformationfoundHistologicalstudy组织学研究Basedonmorphologicalobservation therewasagreaterpresenceofossificationandnewboneformationwithDBM containingscaffolds althoughresultswerenotstatisticallysignificative histomorphometricandlongertermstudiesareneededtoclarifythis 29 CONCLUSIONS TheincorporationofDBMinto3DprintedSiHA polycaprolactonescaffoldsresultsinimplantswithexcellentosteointegration histocompatibility andosteoconductiveproperties thussuitabletobeusedforboneregenerationpurposesandcouldbeass