Fraunhofer的联合合作开发了一种新型 3D 打印材料，旨在延长医疗植入物的使用寿命。新材料并不那么新；它是氨基酸二羟基苯丙氨酸（DOPA）。然而，3D 打印 DOPA 与各种添加剂将髋关节植入物粘附到骨骼上的技术和应用是新颖的。
该方法是由弗劳恩霍夫界面与生化工程研究所、弗劳恩霍夫应用聚合物研究所和弗劳恩霍夫美国制造创新中心共同开发的。
Fraunhofer 的 3D 打印多巴胺粘合剂被应用于钛制髋关节轴。图片由弗劳恩霍夫协会提供
髋关节植入物的并发症
髋关节手术是侵入性的、危险的且痛苦的。多年来，该手术已经有所改进，但仍然存在许多并发症。对于老年人来说，根据手术的风险，髋关节只能更换一次。对于可能需要置换髋关节的年轻患者来说，由于高应力、高侵蚀表面会磨损置换髋关节，他们一生中必须接受多次手术。
也许髋关节手术最常见的失败模式之一是身体尽最大努力排斥植入物。身体将钛合金嵌件识别为异物，在某些情况下，会对其进行攻击。在其他情况下，它只是尽力远离它，这意味着它永远不会真正融入身体。使用某种可以将骨头粘合到植入物上的环氧树脂有助于延长人工髋关节置换术的使用寿命。
贻贝产生一种由氨基酸多巴组成的蛋白质，使它们能够粘附在船舶表面。图片由Adobe Stock提供
来自自然滋扰的灵感
弗劳恩霍夫的科学家和研究人员从一个意想不到的灵感中开发了环氧树脂。他们开始研究贻贝如何与船底结合，产生额外的阻力并使自己变得相当麻烦。尽管海上条件恶劣，但由于氨基酸多巴，贻贝和船之间的联系仍然牢固。
Fraunhofer的研究表明，在适当的条件下，DOPA可以提高骨与钛之间的粘附力。多巴与磷灰石混合，磷灰石是一种存在于骨骼和牙齿中的陶瓷材料。从本质上讲，身体将添加剂视为朋友而不是敌人，从而促进骨骼生长。
3D打印仿生粘合剂
受贻贝粘附能力的启发，Fraunhofer 开发了一种3D 打印材料，可用于制作人体中的复杂几何形状。该技术将多巴和添加剂打印成定制形状，使其适合任何人体。与钛铸件相比，这种材料具有巨大的优势，因为钛铸件本质上只有几种尺寸。除了粘合能力之外，它还可以用于匹配因车祸或其他不寻常形状而破碎的骨头的形状，增加接触面积并为持久的髋关节置换术创造更好的贴合度。
正在进行中
这个项目对于那些需要医疗植入物的人来说有很大的希望。这个概念类似于生物玻璃和其他旨在治疗牙科疾病和促进种植体周围骨骼生长的项目。通过一些持续的研究和适当的批准，这可能会继续改变许多患有年龄或受伤相关关节问题的人的生活。