3D打印和新材料

新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料,具有比传统材料更为优异的性能。应用于医疗器械中正在研发、性能超群的材料,比传统材料拥有更优异的性能。

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科学家研发“功成即退”的人体“补丁”

来源:中国新闻网 2017-09-27 16:45

 

9月12日,衣服破了可以修补,人体器官出了问题也需要打“补丁”。我国每年需骨钉骨板“补丁”近1000万枚,因心血管疾病使用近100万只支架“补丁”。钛合金和不锈钢等骨钉骨板需要二次手术取出,而血管支架术后再狭窄率高达20%~30%,即使是药物支架再狭窄率也高达5-10%,而且一旦发生再狭窄危及生命,给患者带来了巨大的经济以及心理负担。

东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室研发的可降解金属基生物材料和抗菌金属材料,完全解决了这一难题。

“补丁”植入人体可自行降解

东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室研发的可降解镁合金和锌合金骨钉骨板“补丁”无需二次手术,力学性能与骨组织非常接近,而且具有良好的骨相容性;可降解镁合金和锌合金的心脏“补丁”更安全,减少了患者感染及其他并发症的可能,更可在身体里“任期”满后自行“退休”。

东北大学材料科学与工程学院院长秦高梧教授作为团队负责人,很早就意识到了目前可植入材料的弊端,“传统冠脉支架,都是金属材料制作的,这种支架一旦植入,就要和患者的身体终身相伴,而且有可能导致支架再狭窄和血栓等严重后果。如果能把支架在实现其固有功能的同时还可以慢慢被人体消化掉,那才是真正的人体好‘补丁’!”

靠巧力,自然修复血管

据研究团队成员张二林教授介绍,在研发过程中,要找到既具备金属般强度,又要实现可控降解的材料是最大的难题。团队成员逆向思考,从易被腐蚀的材料出发,结合人体所需的元素,找到了天生的“补丁战士”――生物镁合金和锌合金。

它可以悄然进入,再功成即退。有别于传统金属药物支架,此支架被植入后的一段时间内,狭窄血管将得到机械性支撑,同时释放出药物,防止再狭窄;之后支架即缓慢降解,并完全被人体吸收,血管结构以及舒缩功能完全恢复至自然状态。经过最近3年的努力,该团队已经开发出力学性能国际领先、生物相容性良好的减元化生物可降解镁合金和锌合金。特别是,团队成员任玉平副教授研制的生物可降解锌合金还表现出独特的抗菌性能。

研制“装甲兵”,防范“超级细菌

在研发过程中,该团队也致力于抗菌金属材料的攻关。“在应用于临床的生物材料中,钛和钛合金作为绝对的优势金属得到广泛应用。然而,随着技术发展、高规格设备的广泛应用,医疗水平的提升也遇到了瓶颈,无论技术和材料如何改进更替,外科手术中植入的人工假体和植入体术后感染率居高不下,所以若能使植入体本身具有抗菌性,在炎症发生的初始阶段即能发挥效用,对炎症感染的控制和有效预防将更具重要意义。”研究团队成员张二林教授介绍道。

为此,团队研制抗菌钛合金,打造抗菌“装甲兵”,钛合金植入器械和手术器械,减少带入细菌,保障手术安全。此外,该材料还可应用于民生、军事、医疗等领域。诸如,钛合金锅轻便导热,妈妈们可以轻松“掂”炒锅;户外钛合金水壶质轻又杀菌,可保证水长期存放不变质;钛合金海洋材料,既抗微生物腐蚀又保护环境。“目前我们团队已经成功开发出抗菌钛各种规格抗菌钛合金棒材和板材,正在进行抗菌产品的开发中,相信抗菌产品的开发将会惠及广大民生”,秦教授最后说。

东北大学金属基生物材料研发团队融合了材料学院、机械学院、理学院、生命健康学院等多单位跨学科的研发人员,并在大型动物实验和临床试验中有中国医科大学附属盛京医院、齿科医院的多名大夫参与。(生物谷Bioon.com)

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