福音！先进的3D打印技术打造可在体内降解的植入物

Michael Sealy，机械和材料工程的助理教授，列举了其设计的一个医学植入物的基本例子，该植入物是利用Nebraska-Lincoln的3D打印机设计的。图中Sealy正在用打印机制造镁基的螺丝、销钉和其他可以慢慢溶解在体内的植入物，后续将无需移除这些植入物。图片来源：Craig Chandler University of Nebraska-Lincoln

当Michael Sealy还是个孩子的时候，他的个子很高，显得有点笨拙。在他的左肘一直存在着两颗金属螺丝钉。

左撇子的Sealy在五年级的时候，由于跌倒，接受了手术。外科医生将螺丝钉把他的尺骨固定在一起。慢慢的骨头愈合了，但螺丝仍在体内。

“它开始疼了，” Sealy说到肘部。“有时候，它似乎与寒冷的天气或风暴的前沿有关。其他时候，当我在做家务的时候，比如拿着牛奶罐或者把衣服从洗衣机里拿出来，都会痛，但我的妻子不相信我。”

作为内斯内加-林肯大学的一名助理教授，Sealy带着不满与不快交织在一起的情感进行了长达数十年的探索，最终开创了一种新颖的方法。

他说：“我们不需要这些金属植入物永久的存在，而是让它随着时间的推移而降解。让我们消除进行第二次手术来把这些植入物移除的想法。”

这是一个主要的挑战，原因有很多。但这所大学已经为内斯加州的工程提供了与这一挑战相适应的技术：世界上第一台3-D打印机，可以集成多种材料和制造工艺，同时还能打印出高活性金属，如镁。

在人体中，镁是一种重要的矿物质，可以帮助维持骨骼的结构完整性。然而，当其暴露在氧气、水和盐中时，它也会迅速降解，而这些元素在人体内都是非常丰富的。

内斯加州的Michael Sealy（左）和站在内斯加州工程添加剂技术实验室旁的Prahalada Rao，这是该大学最先进的三种3D打印机的所在地。图片来源：Craig Chandler | University of Nebraska-Lincoln

Sealy表示，这种熟悉感和反应性的结合，使镁成为成为可溶解的螺丝、钢板和其他医用植入物的主要原料，可以在暴风雪中消除后续手术或终生的疼痛。

为了加强镁对抗身体严格的考验，使其能够作为植入物，作为一名研究生，Sealy开始试验一种叫做激光休克的技术。

他说：“这个过程相当于用锤子砸你的车。我也做同样的事情，只是我用激光做的---激光是我的锤子----我打了植入物，使它变得更硬更强壮。”

激光冲击的作用使镁能够经受住最初的腐蚀测试，以至于Sealy开始把他的论文结果看作是“lake-house数据，因为它太棒了，我要把这项技术商业化，然后从这些结果中购买一个湖屋。”

然后，Sealy开始测试一种模拟人体水环境的液体中镁零件的长期腐蚀。这一次，结果更加发人深省：在两周后，螺丝在一周后减少了50%。Sealy很快意识到，只对镁的表面进行光化是不够的。

他笑着承认：“有了这个，我就得到了“卡片屋的结果”。“这有点让人沮丧。但这是我来内斯加州的一大动机。我意识到，如果我（想要）控制这些植入物的退化，不仅仅是在表面上，而是在整个设备的生命周期中，我需要用一个3d金属打印机来实现它，这样我就可以打印这些镁植入物了。”

不只是任何3-D打印机。他需要接触那些刚刚开始出现的技术。内斯加州工程公司为他提供了一个机会，帮助他直接购买3台最先进的3d打印机。

图片来源：Craig Chandler

这些打印机几乎消除了所有可能与镁发生反应的氧气、湿气和其他杂质——这是一种相当罕见的能力。但他们也允许内斯加州的工程师们一层层地构建组件，这使得Sealy和他的同事能够合并多种材料或构建复杂的内部结构。

另一个主要好处是什么？是能够将各种制造方法（包括激光冲击），应用到任何或全部的内部层。

“那么我就可以通过这些设备来控制腐蚀了，”Sealy说。“这种方法本质上是一种打印材料的机械性能的方法。这是传统制造业从未有过的能力。”

“我们的打印机的独特之处在于，它是第一个将这些混合动力和重新打印功能结合在一起的。我认为这可能是世界上最先进的混合添加剂制造设备，仅仅因为我们的设备非常稀有。”

在他的要求下，Sealy现在正在尝试回答多个问题：如何使各个层次的侵蚀影响部分结果的腐蚀速率？镁和其他金属的最佳浓度是多少？这些结果会根据哪一种技术打印零件而改变吗？

他说：“这是一个有趣的部分：弄清楚这些不同材料系统的不同印刷技术的经验法则是什么。”

最终，Sealy说，打印和敲打的方法应该帮助他设计和构造镁植入物，以不同的速率在身体内部降解。锁骨或膝关节的模型可能在一年内降解，而其他的则可能在三到五年内溶解。

“如果你在我五年级的时候带我去，我的肘部骨折了，我很快就会重新生成新的骨组织，”Sealy说。“我的骨头很快就愈合了，所以我需要一个快速降解的植入物。”如果一个人是一个75岁的患有骨质疏松症的女性，并且她可能一生都在吸烟，她不会很快再生出新的骨组织。她可能需要一个慢慢降解的植入物。而我们可以做到这一点。”

文章来自phys网站，原文题目为Sealy, world-class 3D printers set to createdissolvable medical implants，由材料科技在线汇总整理。