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增材制造Ti-6Al-4V颅骨假体的表征和生物安全性研究

作者: 蔡雨辰;郭采妮;张玉龙;王夏璐;付步芳; 
单位:1.沈阳药科大学 2.中国食品药品检定研究院
关键词: 增材制造;电子束熔融技术;骨科植入物;颅骨假体;Ti-6Al-4V合金;表征;体外细胞毒性实验;溶血实验; 
分类号:
出版年·卷·期(页码):2025·44·4(331-339)
摘要:

目的 增材制造(additive manufacturing, AM)技术,尤其是电子束熔融(electron beam melting, EBM),在骨科植入物制造中优势显著,能有效克服传统工艺在几何适配性、力学性能匹配及表面生物活性等方面的局限,实现复杂结构的精准成型与个性化定制。然而,对于EBM制备的Ti-6Al-4V颅骨假体,其材料性能与生物安全性是否满足临床应用的质量与安全要求,仍需系统验证。本研究旨在系统评估EBM制备的Ti-6Al-4V颅骨假体的关键性能,包括:表征粉末原料,成型假体的微观结构、相组成与元素含量,以及评价假体的生物安全性。研究将据此评估该假体是否符合增材制造骨科植入物的质量要求及临床植入的生物学评价标准。方法 采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)和光学显微镜观察微观形貌,通过X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)测试分析相组成,利用电感耦合等离子体发射光谱仪(inductively coupled plasma optical emission spectrometry, ICP-OES)、电感耦合等离子体质谱仪(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)、碳硫分析仪及氧氮氢分析仪测定Al、V、Fe、C、O、N、H 7种元素含量。此外,通过体外细胞毒性实验(MTT法)和溶血实验评价假体的生物安全性。结果 全新的Ti-6Al-4V粉末呈现外观均匀且有一定规律大小分布的圆球状,化学成分分布均匀,呈现单一α相结构。粉末经1~2次使用后,部分颗粒表面不规则,粒度略有增加,但相组成及化学元素含量未发生显著变化。EBM技术制备的Ti-6Al-4V颅骨假体样品无冶金缺陷,假体样品仍为单一α相,与粉末原料相比O元素含量略有增加。细胞毒性实验显示,假体样品组的细胞存活率为104.1%,无细胞毒性;溶血实验结果显示溶血率仅为0.08%,远低于安全阈值(5%)。结论 Ti-6Al-4V合金粉末原料及EBM技术制备的颅骨假体样品在微观结构、相组成及元素含量方面均符合增材制造骨科植入物的质量要求,且生物安全性满足临床植入的生物学评价标准,为个性化颅骨修复提供了可靠解决方案。

参考文献:

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