选择性激光熔化成形钛植入体表面的形成、骨界面行为及表面功能化的机制研究

Defects in maxillofacial bone due to trauma, infection and tumor removals not only leave patients with reduced tissue structure and function, but also render them psychologically scarred. Personalized implant fabricated by rapid prototyping can be used for reconstruction of maxillofacial bone defect. Selective laser melting Selective laser melting (SLM) as a rapid prototyping technology served with ability to process almost any type of material are used to fabricate titanium implant with custom 3D structure and approved mechanical property. Surface property play a key role in corrosion and Osseo-integration processes of SLM titanium implants. Thus, we intends to 1) research the surface forming mechanism and properties of SLM titanium implant by phase analysis and study of microstructure 2) reveal the nature of biocompatibility of SLM titanium implant by discuss the ion release, protein and cell adsorption and their interaction with the surrounding bone tissue 3) reveal the mechanism of electrophoretic deposition which used for surface functionalization of SLM titanium implant and the acceleration of Osseo-integration between the surface modified implant and surrounding bone tissue. This project will furnish the theoretic foundation and experimental evidence for custom fabrication and surface functionalization of personalized titanium implant and open a new opportunity for SLM titanium implant to be used for reconstruction of maxillofacial bone defect.

颌面外伤、感染和肿瘤切除导致的颌面骨缺损严重降低了患者生活质量。快速成形的个性化植入体可用于恢复颌面骨缺损。选择性激光熔化作为一种快速成形技术能将钛基金属粉末直接成形为与骨缺损对应的钛植入体，但国内外对选择激光熔化成形钛植入体的表面性质，特别是植入体与骨组织界面的生物学特性缺乏研究。 本项目拟对选择性激光熔化成形钛植入体表面进行显微组织形貌和物相分析，研究钛植入体表面结构的形成机制和性质；通过研究钛植入体表面离子释放、蛋白和细胞吸附及与周围骨组织的相互作用，揭示影响生物相容性的影响因素及本质；对钛植入体采用电沉积的方法进行表面功能化处理，并研究电沉积的机理和功能化处理后植入体和骨组织界面的骨生物学行为，以获得能较快与骨组织形成稳定骨整合的植入体表面。 该研究为选择性激光熔化成形钛植入的制备和表面功能化提供理论基础和依据，使选择性激光成形钛植入体在临床使用成为可能。

颌面骨缺损对患者面容及功能的影响举足轻重,其缺损往往伴随周围重要结构的破坏，严重影响患者的生存质量和社会适应能力。快速成形个性化制备的修复体可以用来解决以上问题。选择性激光熔化成形（selective laser melting，SLM） 技术是近年迅速发展的一种快速成型技术，被广泛应用于航空航天，生物医学，武器制造等领域关键零部件的制造。具有可以制备高强度，不受内部复杂结构限制，不存在材料去除的浪费问题的优点。这些优点尤其适合口腔颌面骨组织重建中需要的较小，精密，内部结构复杂的植入修复体的制造要求。因此我们采用SLM技术在钛种植体表明构建了多孔的妮图层，增加了种植体表明的生物相容性。植入体的表面性质是获得生物相容性的关键因素，对植入体-骨界面形成稳定的骨整合起决定作用。未经表面处理的钛植入体由于不规则的表面形貌、不稳定的表面性质不能够和周围的骨组织形成很好的结合，往往导致种植失败。因此我们采用电沉积法在种植体表面构建了四环素改良的丝素蛋白涂层，该涂层可进一步用于载入药物和治疗性高分子，另外我们还对之前研究的壳聚糖明胶复合涂层进行了改性。这些研究为进一步促进3D打印金属种植体修复颌面骨缺损具有重要意义