持久耐用的膝盖

时间：2008-11-18 20:54:25 来源：BioE 查看：

来看看外科手术和其它医学治疗方法在新材料和处理技术上的重大进步吧。这些科技会同干细胞结合帮助骨骼和其它组织地生长。　　

“医疗科技同生物仪器结合的方法在外科医疗上有着巨大的潜力空间。”位于美国明尼苏达州圣保罗市一家名为BioE的生物医疗公司首席执行官Michael Haider 说道。该公司为药品研究和治疗方法的研究提供了人类干细胞。美国威斯康星州哈得森市的Phillips plastics公司正在进行自定义设计，研究如何增强由BioE公司从人类脐带血中提取的干细胞。UcXCAEworks

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全美艺术膝盖取代物可以持续20UcXCAEworks
年甚至更长的时间。而且，他们的UcXCAEworks
性能越来越好。UcXCAEworks

　　Phillips和BioE公司合作研究的治疗方法将会被用于臀部、脊椎、手腕、手臂和腿的骨质疏松症和骨头碎裂，以及全身关节损坏的治疗。特殊的整形外科干细胞市场应用会在未来10年间超过30亿美金，而不是现有的1亿美金。大约7500万美国人都需要进行整形治疗，这个数字在整体医疗领域的发展是十分显著的。

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注模渗透结构的设计是用于骨骼的生长。这张图片显示了氧化铝的结构UcXCAEworks
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拿模型脚手架来说，新等级的生物兼容PEEK 适用性更强。UcXCAEworks

　　虽然一些整形外科医生告诉患者金属的寿命超过20年，但现有的金属外科移植设备，通常采用钛、不锈钢或者钴铬合金材料，只能维持10到15年的寿命。研究和新材料开发的目的是提高移植设备的寿命，这既包括帮助骨骼生长的表层治疗，也包括取代生物分解塑料结构材料的新系统骨骼内干细胞的治疗。
　　一些金属移植设备的有效寿命，例如钛材料，可能会缩短，因为肌肉或者其它组织同设备的表面粘合不了。重大研究旨在解决这个问题，包括阿肯色州州立大学从事的带陶瓷纳米线外壳的钛材料生物兼容性研究。
　　去年，BioE公司提交了一个510（K）产品投放前期通知给美国食品药品监督局FDA，对他们的PrepaCyte-CB脐带血处理系统标准做出说明。PrepaCyte-CB是一种无菌的、三囊腔、密封结构的处理系统，用于隔离和治疗重要的细胞，包括人类脐带血中提取的干细胞。当和脐带血混合之后，PrepaCyte-CB内的专利试剂迅速进行消极选择处理。这个工艺从根本上致使所有的红血球（RBCs）沉积到混合物的底部，留下了大量的自行发育、不能改变的细胞。
　　促进骨骼生长UcXCAEworks
　　Phillips Plastic公司在材料设计上的突破在于，该设计是有内在连接孔的三维结构，用于加强医疗移植设备内细胞的成长。三维结构由泡沫或者复制的泡沫结构组成。对于制造医疗设备来说，这些材料工艺缺少充足的强度，也可能造成其它问题。
　　骨骼在Phillips 结构中会向小孔内生长，形成高强度的机械握力。
　　Phillips Plastics的制造方法非常独特。三维结构对交叉核的定义十分精确。“关键是我们具备两套插脚，但是却有三维结构连接。” Phillips技术中心R&D小组工程经理Makid Entezarian说道。该结构能够进行塑模或是金属、陶瓷、聚合物、热固或热塑材料浇注。

聚合体架在其它潜在领域的应用UcXCAEworks
　　新聚合体架的应用不会止步于整形手术。Phillips Plastics公司列出如下这些产品可能会被应用到的领域：
　　● 电子——热收缩
　　● 医学制造——催化剂辅助以及睡袋反应器
　　● 筛选——大小排筛、熔化金属过滤、高温气体过滤、
　　● 热转换——辐射加热器
　　● 高温窑具——烧结
　　● 吸收——干燥剂
　　● 陶瓷塑模合成（CMC）——通过结构填充，制造金属塑模合成物。特别是可以采用高温合金填充，例如高熔点合金或是超级合金。
　　● 金属塑模合成（MMC）——根据设计不同，在小孔数量超过50%的区域可以构建该结构。在这种情况下，如果孔通过模压铸造被金属材料填充，就会采用MMC结构。
　　● 聚合物塑模合成（PMC）——当所需的结构通过金属或陶瓷制成，这些材料就会组合在一起，用聚合物来填充小孔。

　　Phillips结构最大的优点在于它的强度和重量比率。根据Entezarian 来说，一个在高压下制成的铝制模型结构，比普通的泡沫结构强度高500倍。Phillips结构经过细心设计，能够帮助较好的分配负荷力，并具备一定压缩强度。
　　“核心的大小从100微米到几厘米不等。” Entezarian说道。

骨骼成长最大的核尺寸在300到400微米之间变化。微孔的大小随着插脚大小改变很容易产生变化，并且最终结构大约为半个孔。Phillips Plastics公司已经制造了大小为1/4英寸立方的上千零件，包含超过70个插脚。Phillips公司现在正在开发更大尺寸的产品。最大的技术难题在于在模型内构建三维连接，设计让插脚插入和拔出变得简单的工具，并在最大零件强度下填充复杂的模孔。问题之一是金属粉末工艺中金属和陶瓷材料的收缩。有大约20%的金属和陶瓷会遇到这个问题，导致开口会更小。
　　Phillips公司针对这一技术申请了专利。
　　纳米结构UcXCAEworks
　　其它重要的工作集中在聚合物和陶瓷纳米合成物结构的开发，这些材料是被用于外科移植设备制造中。
　　最典型的一个例子是当下位于罗德岛州Providence市布朗大学工程分部与印地安纳州西拉法叶Nanovis公司共同合作进行的研究项目。他们合作的项目是纳米结构表层、材料和医学设备的商业化，这些材料设备可帮助提高移植设备与骨骼、软组织、神经系统以及心血管的兼容性。

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更高性能塑料现在可以被用于移植设备制造。UcXCAEworks

　　“与骨骼接触最近表层耐磨的纳米合成物，

在纳米范围推动骨骼细胞连接以及钙质的储存，”布朗大学工程和外科手术副教授Thomas Webster说道。采用喷雾三维打印技术，使用titania/PLGA (聚乙烯-co-乙二醇酸)制造三维结构，来达到复制骨骼的目的。该结构已经在小型动物身上做过实验，它能够促进骨骼的生长，取代了生物吸收PLGA。
　　“如果有人出了车祸，到医院进行拍片，你可以采用3D打印系统显示出和骨折部位对应的移植设备图形。”Webster说道。
　　这采用的是美国新墨西哥州的阿尔伯克基市Optpmec公司制造的3D打印系统。高能量激光可以为粉末金属一层层重塑结构，这个工艺过程称为添加制造。
　　Webster实验室尝试超越骨骼的研究。“我们现在正在着手进行血管应用研究，例如心血管、膀胱、软骨以及中枢神经系统，”他说道。“理论是一样的。通过观察新的尺寸标准，可以知道身体是否能识别表面耐磨的纳米材料。”
　　根据应用类型不同，使用于Optomec系统的材料也不同。
　　喷雾打印技术UcXCAEworks
　　在最近的材料研究科学报上刊登的特别例子是将伊利诺伊州Romeoville市的Nanophase 科技公司制造的纳米分散剂titania粉末，结合宾夕法尼亚州沃灵顿Polysciences 公司制造的PLGA小丸一起使用。陶瓷和聚合物的重量比率为30/70。 Optomec系统内喷洒有合成物悬浮体，并根据预先设计的CAD模型进行储存。讨论的最终的构架为1 cm×0.5mm。结构的多孔率为32%。孔的比例、孔的大小形状可以由CAD模型控制。

　　可以采用3-D打印系统复制并重塑骨骼结构的精确几何图形

　　其它重要的研究都是基于这个领域的，包括MIT的一个项目（http://designnews.com.cn/0805-708.aspx）。该项目是让干细胞在聚合物架中生长过，形成具备人类软骨、肝脏、神经以及血管特征的组织。工程聚合物架被看作是整个系统的关键。当毛孔为重塑组织结构留出空间同时，它为细胞的定位和运动给出提示。

高性能塑料目标移植市场
　　移植设备市场的成长同样也吸引着主要聚合物制造商的注意力。在K2007上，Solvay Advanced 聚合物公司宣布一个新的生物材料家族，这个家族的名称为Solviva专供移植医疗设备生产的。
　　包括：
　　● Zenlva PEEK(聚醚醚酮)。可适用的一种最具抗药性的塑料。PEEK具备良好的耐磨性以及抗疲性，同时还显示出高强度、高硬度的特点。
　　● Pronlva SRP(增强式聚苯酯)。非加强型热塑材料，具有最强的硬度和强度　● Evlva PSU(聚砜)。针对强度高、透明的聚合物里，PSU具备“可操作的”耐磨性能。
　　新产品工艺以及重要的测试是这些材料被选为生产移植设备的必要元素。要符合现有的食品及药品管理局21CFR820章节中药品生产质量管理规范（GMP）里的质量体系要求，并确保制造操作流程符合相关的ISO13485质量管理系统关于制造医疗设备的规定。
　　评估新材料的原始制造商包括印地安纳州Warsaw的首席医疗设备供应商Zimmer Medical公司。据Zimmer首席财务总监James T.Crines估计，仅膝盖移植设备。SRP还提供了额外的耐腐蚀性和硬度。
　　● Verlva PPSU(聚亚苯基砜)。这个聚合体材料具备耐磨性，同时又良好的耐腐蚀性和透明度。
　市场一年就有520亿美金的进账，同时每年将会以8%的速度增长。

　　MIT研究院对干细胞与聚合物之间的相互作用进行测试，聚合物是由25个不同的丙烯酸盐个体制成，这被他们称为有前途的结果。
　　要说起哪个项目最重要最有难度，曾荣获2007年国际科学奖牌的MIT教授Robert Langer说道：“从科学的角度看，可以理解控制干细胞差异性以及生长的关键材料性能有哪些。但从医学角度来看，转移到临床就意味着需要进行长期不同种动物实验。”

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