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氮化硅（Si?N?）作為一種高性能陶瓷材料，以其優(yōu)異的生物相容性、抗感染性能和骨整合性能，在醫(yī)療植入領(lǐng)域備受關(guān)注。自1989年以來(lái)，氮化硅陶瓷已應(yīng)用于骨科關(guān)節(jié)植入物和脊柱修復(fù)等領(lǐng)域。其良好的射線成像性能和非傳導(dǎo)性、無(wú)磁性等特性，使其在術(shù)后影像檢查中不會(huì)產(chǎn)生雜訊，為患者提供了更安全、可靠的治療選擇。在醫(yī)療科技飛速發(fā)展的今天，升華三維利用PEP技術(shù)制備氮化硅陶瓷植入體的應(yīng)用，為脊柱疾病患者帶來(lái)了新的希望。本文將圍繞氮化硅人工椎體探討其在醫(yī)療植入領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，以及PEP工藝制備氮化硅陶瓷人工椎體的特點(diǎn)和應(yīng)用前景。

氮化硅在醫(yī)療植入的應(yīng)用現(xiàn)狀

在骨科手術(shù)中，人工椎體植入體的"生物惰性瓶頸"長(zhǎng)期困擾著臨床——傳統(tǒng)鈦合金材料存在應(yīng)力屏蔽效應(yīng)，聚合物易引發(fā)炎癥反應(yīng)，而普通陶瓷脆性難題未解。氮化硅作為醫(yī)療植入界的"超級(jí)陶瓷"，是唯一通過(guò)FDA認(rèn)證的抗菌陶瓷材料，全球已有超5萬(wàn)例氮化硅脊柱融合器成功植入案例，術(shù)后感染率降低至0.3%（傳統(tǒng)材料約2.1%）。氮化硅正以每年17.3%的復(fù)合增長(zhǎng)率（Grand View Research數(shù)據(jù)）席卷骨科領(lǐng)域。

氮化硅植入體的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

• 骨整合速度提升40%：其多孔結(jié)構(gòu)引導(dǎo)骨細(xì)胞定向生長(zhǎng)
  

• 抗菌率＞99%：表面活性氧抑制金黃色葡萄球菌等致病菌

• 力學(xué)性能突破：抗彎強(qiáng)度達(dá)900MPa，媲美天然骨骼

  
  

3D打印氮化硅在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢(shì)

3D打印人工椎體是一種創(chuàng)新的醫(yī)療器械，旨在為脊柱手術(shù)提供個(gè)性化定制的植入物，廣泛應(yīng)用于脊柱融合和骨折修復(fù)等領(lǐng)域。在精準(zhǔn)醫(yī)療大趨勢(shì)下，傳統(tǒng)機(jī)加工已難以滿足需求。而隨著3D打印技術(shù)的不斷進(jìn)步，氮化硅陶瓷在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景更加廣闊。3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高精度成型，滿足個(gè)性化醫(yī)療需求。

▲PEP制備的陶瓷人工椎體 ?升華三維

特別是在脊柱手術(shù)中，3D打印氮化硅人工椎體能夠提供更好的生物相容性和骨整合性能，促進(jìn)骨生長(zhǎng)，減少術(shù)后并發(fā)癥。據(jù)德國(guó)某頂尖醫(yī)院臨床數(shù)據(jù)顯示，3D打印氮化硅椎體使手術(shù)時(shí)間縮短35%，術(shù)后融合周期減少至4.8個(gè)月。如PEP工藝就能達(dá)到0.1mm級(jí)孔隙精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)仿生骨結(jié)構(gòu)的個(gè)性化定制，且能實(shí)現(xiàn)快速交付。

PEP工藝制備氮化硅陶瓷人工椎體優(yōu)勢(shì)

PEP技術(shù)的顆粒材料融熔擠出成型方式，在打印件的表面光潔度有限，但是在結(jié)合多孔晶格填充結(jié)構(gòu)打印后，會(huì)具有對(duì)生物陶瓷植入物獨(dú)特需求的高接觸面積和低表面質(zhì)量的結(jié)構(gòu)特性，而這可以更好地適應(yīng)生物血肉滲入和生長(zhǎng)。升華三維在這方面做了非常多的材料和工藝設(shè)備優(yōu)化工作，以適配醫(yī)療行業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)階段已經(jīng)開(kāi)發(fā)有氮化硅、氧化鋯、羥基磷灰石等生物陶瓷材料，且已與多個(gè)醫(yī)療器械研究機(jī)構(gòu)建立合作，共同探索PEP工藝在陶瓷植入體方向的應(yīng)用。

▲3D打印氮化硅人工椎體（燒結(jié)） ?升華三維

PEP在制備氮化硅植入體方面有著顛覆性優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)

• 材料損耗低：PEP工藝采用顆粒材料，打印材料可循環(huán)使用，使得原料利用率達(dá)98%；梯度孔隙優(yōu)化：表面層與內(nèi)部層孔隙可根據(jù)需求設(shè)計(jì)優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)梯度填充，以提高骨肉生長(zhǎng)；

• 結(jié)構(gòu)功能集成：PEP工藝能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的高自由度設(shè)計(jì)，可快速實(shí)現(xiàn)功能與結(jié)構(gòu)的集成融合，更符合仿生骨的定制；

• 制造周期短：3D打印+粉末冶金的工藝整合，大大加快了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與商業(yè)化時(shí)間，縮短了制造周期；

• 結(jié)構(gòu)性能好：PEP采用低溫成型，高溫成性的方式，獲得的結(jié)構(gòu)件致密且性能一致好。

  
  

3D打印氮化硅人工椎體的應(yīng)用前景分析

隨著老齡化加?。ㄎ覈?guó)脊柱退變患者超2億），疊加DRG醫(yī)?？刭M(fèi)需求，兼具高性能與成本優(yōu)勢(shì)的氮化硅人工椎體將迎來(lái)爆發(fā)。據(jù)FDA數(shù)據(jù)顯示，到2026年全球骨科陶瓷市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)83億美元，3D打印植入體年增長(zhǎng)率將突破29%，而微創(chuàng)術(shù)式手術(shù)的普及將催生小型化、功能化產(chǎn)品需求。

▲PEP制備的生物陶瓷植入體樣品 ?升華三維

PEP制備氮化硅陶瓷人工椎體在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。其優(yōu)異的生物相容性和骨整合性能，使其在脊柱修復(fù)和關(guān)節(jié)植入等領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)。此外，PEP工藝的高自由度設(shè)計(jì)和低成本特點(diǎn)，使其能夠滿足個(gè)性化醫(yī)療需求，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)需求的增加，PEP制備氮化硅陶瓷人工椎體有望在醫(yī)療植入領(lǐng)域占據(jù)重要地位，為醫(yī)療器械制造行業(yè)提供技術(shù)和工藝支持，為更多患者帶來(lái)福音。