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
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，已成為醫療器械制造商的關鍵需求。
2025年5月13日，專注于鈦表面處理的生物材料公司Himed日發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建材料并優化表面性能，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的效果——氧化鋁、玻璃微珠和磷灰石。在使用這些噴砂介質對3D打印Ti64脊柱間隔器進行處理后，結果表明只有磷灰石磨料能夠在經過標準的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生負面影響。
磷灰石磨料的優勢與骨整合
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構的完整性，不會引入有害污染物。這一特點使得磷灰石磨料成為3D打印醫療植入物后處理的優選材料之一。
根據2019年發表在《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，表面化學性質的不一致性（例如嵌入的噴砂介質）可能會影響植入物的治療效果。因此，選擇合適的噴砂介質，對確保植入物的生物相容性和長期效果具有重要意義。
3D打印植入物的磨料MATRIX MCD
相關測試采用了Himed開發的磷灰石磨料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部腔體，賦予內外表面均勻的粗糙度。SEM成像和ASTM F86標準處理結果顯示，表面未見嵌入污染物。
Himed表示，通過調整顆粒大小、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。
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