華南協(xié)同創(chuàng)新研究院3D打印材料研發(fā)中心趙娜如團隊關(guān)于數(shù)字骨科修復(fù)用生物活性陶瓷人工骨的3D打印研究近日取得重大進展。生物活性陶瓷是第三代生物材料的一個重要組成部分，它在人體組織損傷修復(fù)方面有著巨大的應(yīng)用前景，尤其在硬組織損傷修復(fù)方面更是其他材料所無法替代的。該團隊針對如何實現(xiàn)生物活性陶瓷材料的精細三維打印快速成型，實現(xiàn)骨科大節(jié)段骨缺損數(shù)字化精確修復(fù)問題進行了大量研究。
該團隊成功解決了以下三個問題：
（1）磷酸鈣粉體原料的精確調(diào)控合成;
（2）磷酸鈣料漿的可打印性，適當(dāng)?shù)臐{料流動性和固化速度的精確控制, 減小干燥和燒成過程中的尺寸收縮等關(guān)鍵技術(shù)問題；
（3）三維打印成型工藝參數(shù)的調(diào)控，人工骨外形控制及內(nèi)部三維多孔結(jié)構(gòu)精確控制。
采用模板仿生合成技術(shù)制備了具有良好分散性能的β-磷酸三鈣微球，生物活性玻璃亞微米球，羥基磷灰石微球等粉體原料。完成了高固相含量漿料的配制，打印工藝參數(shù)的調(diào)控，坯體燒結(jié)等實驗。制備了高強度的生物陶瓷多孔人工骨。
圖1 采用模板仿生合成技術(shù)制備的生物活性無機粉體a. β-磷酸三鈣微球b. 生物活性玻璃亞微米球c. 羥基磷灰石微球
圖2 不同結(jié)構(gòu)三維多孔生物活性陶瓷
圖3不同孔徑β-磷酸三鈣三維支架的SEM照片：預(yù)設(shè)孔徑大小分別為(a)200μm；（b）300μm； (c)350μm； (d)550μm； (e)650μm； (f)400μm；（g）600μm；(h)800μm.
圖3是使用0.4 mm直徑的針頭打印預(yù)設(shè)孔徑為200μm、400μm、600μm、800μm的β-TCP三維支架的Micro-CT三維成像照片。可以看出，這些支架通過層間堆疊，具有良好的外形尺寸和三位連通孔結(jié)構(gòu)；隨預(yù)設(shè)纖維間距增大，平均孔徑增大，孔隙率增加。