Himed評估不同噴砂磨料在3D打印鈦合金植入物后處理中的應用

南極熊導讀：隨著基于晶格設計的3D打印植入物應用的日益廣泛，去除構(gòu)建殘留物而不影響生物相容性或表面純度的能力，已成為醫(yī)療器械制造商的關鍵需求。

△3D打印Ti64脊柱間隔器經(jīng)氧化鋁砂粒噴砂后的SEM圖像

2025年5月13日，南極熊獲悉，專注于鈦表面處理的生物材料公司Himed日發(fā)布了一項新的研究成果，評估了不同噴砂方法在3D打印鈦合金植入物后處理中的應用。該研究集中于使用氧化鋁、玻璃微珠和磷灰石磨料對Ti64脊柱間隔器的后處理效果，評估了每種方法在去除殘留構(gòu)建材料的同時，保持生物相容性表面的能力。

相關研究背景

隨著增材制造技術在醫(yī)療領域的廣泛應用，鈦合金植入物在骨科手術中的使用日益增多。然而，3D打印過程中常會在鈦植入物的表面殘留松散結(jié)合的球形顆粒，這些顆粒通常會影響植入物的長期生物相容性和骨整合效果。為了消除這些殘留的構(gòu)建材料并優(yōu)化表面性能，表面處理技術顯得尤為關鍵。

Himed公司的研究團隊通過掃描電鏡（SEM）和能量色散X射線光譜（EDX）分析，比較了三種常見噴砂介質(zhì)的效果——氧化鋁、玻璃微珠和磷灰石。在使用這些噴砂介質(zhì)對3D打印Ti64脊柱間隔器進行處理后，結(jié)果表明只有磷灰石磨料能夠在經(jīng)過標準的ASTM F86鈍化處理后，留下干凈的鈦表面。

盡管氧化鋁和玻璃微珠噴砂能夠去除殘留的鈦珠，但這兩種方法都可能在鈦表面引入新的污染物。氧化鋁的高硬度（9級莫氏硬度）會在表面留下難以去除的磨料殘留物，而玻璃微珠則會引入硅基顆粒，這些顆粒在植入物表面難以清除，且會改變鈦表面的化學成分，可能對長期生物相容性產(chǎn)生負面影響。

△噴砂后的SEM圖像

磷灰石磨料的優(yōu)勢與骨整合

與氧化鋁和玻璃珠相比，磷灰石磨料是一種基于磷酸鈣的生物相容性材料。研究表明，磷灰石磨料不僅有效去除了殘留的3D打印鈦珠，而且能在后處理過程中保持植入物表面結(jié)構(gòu)的完整性，不會引入有害污染物。這一特點使得磷灰石磨料成為3D打印醫(yī)療植入物后處理的優(yōu)選材料之一。

根據(jù)2019年發(fā)表在《JMIR Biomedical Engineering》期刊上的文獻綜述，種植體表面的粗糙度對骨-種植體接觸（BIC）和機械固定至關重要。噴砂和酸蝕技術能夠通過創(chuàng)建微米和納米級紋理促進成骨細胞的活動，從而提高骨整合效果。然而，表面化學性質(zhì)的不一致性（例如嵌入的噴砂介質(zhì)）可能會影響植入物的治療效果。因此，選擇合適的噴砂介質(zhì)，對確保植入物的生物相容性和長期效果具有重要意義。

△這些圖像顯示了使用MATRIX MCD作為磨料處理后樣品的表面狀態(tài)

3D打印植入物的磨料MATRIX MCD

相關測試采用了Himed開發(fā)的磷灰石磨料MATRIX MCD，該磨料由羥基磷灰石和磷酸三鈣組成，具有完全可溶性且鈍化后不留殘留物。最初開發(fā)用于牙種植體的羥基磷灰石涂層前處理，目前已廣泛應用于3D打印骨科組件。MATRIX MCD的粒徑小于53微米，能夠深入多孔種植體的內(nèi)部腔體，賦予內(nèi)外表面均勻的粗糙度。SEM成像和ASTM F86標準處理結(jié)果顯示，表面未見嵌入污染物。

Himed表示，通過調(diào)整顆粒大小、噴砂壓力和噴砂時間，可以精確控制表面粗糙度，研究中的粗糙度范圍為1.0至3.2微米Ra，符合促進細胞粘附和組織整合的目標值。與較硬磨料不同，磷酸鈣配方能夠在不影響植入物幾何形狀和公差的前提下優(yōu)化表面。EDX掃描顯示，MATRIX MCD處理后無珠子殘留，亦無二次污染，原始設計特征得以保留。