革命性新材料强度胜ABS10倍 可3D打印膝关节植入物

3D打印植入物能够减轻手术痛苦与负担、提供一些医学方面的新型药物与材料，有望大幅改变患者的生活质量。近日，英国斯旺西（Swansea）大学的科学家们开发出了一种新型材料Samsonium，有助于改善和加速使用3D打印膝关节植入物，从而替代受损软骨。

使用这种材料3D打印的膝关节植入物具有更强的耐用性。此外，Samsonium还拥有很好的的拉伸强度，质感光滑，并能够抑制细菌生长，而且无毒性。

从技术上讲，这是一种添加了尼龙钛粉末的聚合物，可以兼容FDM 3D打印技术，并有望逐步取代胶原纤维和基质（软骨细胞内的），而这两者通常会由于关节炎的侵染，需要进行更换。

用最纯净的尼龙6/9、尼龙6和尼龙6T经过结晶优化处理之后，再经过一次后处理来增加其在3D打印过程中的粘性，最后便生成了Samsonium材料。

科学家们表示，经过测试，Samsonium的强度超过ABS或PLA 3D打印线材十倍。因此，这种材料实际上在其它很多领域都能用得上，比如太空。

“Samsonium具有优越的性能可以胜任很多方面的应用。我们最开始是想开发出一种专门的材料用于制造高强度低重量的卫星部件，并将其用在一个轨道制造项目中。”负责开发这种新材料的Daniel J. Thomas博士称，“然而，在确定它具有超高效的滑移性能和冲击吸收特性之后，我们进行了重新设计，使它成为一种低成本关节炎治疗材料。该材料高强度的秘密在于增加了钛6/4，这些数以百万计的个体粘合剂将它的强度提升了25％。”

利用好该材料的这些优异性能用于医疗植入物，将是一个令人振奋的突破。对膝关节置换和植入物的研究已经经历了相当长一段时间，而像Samsonium这样的材料的出现对于医疗界来说具有关键性的意义。首先，这种材料在压力下不会分层断裂或脱落，能够模仿真正的活组织。除了能够提供更优异的负载能力之外，这种3D打印材料也是安全的，因为它符合ECHA欧洲化学品管理局关于“REACH”的定义与要求。

“在研究中，我们制作了一个软骨关节的植入物样品进行测试。我们以20毫米/秒、挤出温度250℃的条件下使用Samsonium材料3D打印出了精密的膝关节植入物样品。”Thomas说。

“这往往比骨头置换更困难，因为这些部件必须准确地遵循现有的内部骨骼结构和具有足够的柔韧性来适应非同寻常的安装方法。它们自己必须具有足够的强度才能保持关节不会再压力之下错位，而且最重要的是，它需要在长达30年或更长的时间里提供一个光滑的表面，以匹配对应的软骨表面。”

在制备植入物的时候，该研究团队首先扫描病人的膝盖，并使用Mimics软件生成3D打印植入物。这种植入物不仅更为便宜，而且属于量身定制。

“在一个小时之内植入物就可以3D打印完成，其精确度能够达到±185微米。”Thomas说，“在压缩测试中这种新的3D打印和柔韧的植入物也会分裂、脱层，断裂或撕裂。不过它们经过了五次高压灭菌程序，之后仍然没有出现变形。