当3D打印遇上医疗，金属粉体材料成了“定制化植入物”的核心密码。从骨科关节到牙种植体，这些能植入人体的金属粉末，究竟藏着哪些不为人知的技术细节？

 

一、医用3D打印的材料进化史

3D打印刚走进医疗领域时，树脂材料是“先锋”，但只能做模型，无法植入人体。随着技术突破，金属材料凭借高强度、耐腐蚀性和生物相容性，逐渐成为主角——毕竟，材料的安全性和稳定性容不得半点马虎。

目前，骨科植入物常用的金属粉体材料主要有五大类：不锈钢、钴基合金、纯钛及钛合金、贵金属（钽、铌等），以及新兴的可吸收金属材料。它们各有优劣，有的曾红极一时，有的正逐渐“失宠”。

 

二、医用金属粉体

1. 不锈钢：曾经的“主力”，如今渐入“冷宫”

医用不锈钢和工业不锈钢最大的区别，在于必须耐人体体液腐蚀，且不能有有害金属离子溶出。临床上常用的316L、317L不锈钢，属于Fe-Cr-NiMo体系，但短板越来越明显：

• 弹性模量太高（约200GPa），与人体骨骼（约20-30GPa）差距大，容易产生“应力遮挡”，导致骨骼萎缩；

• 镍离子溶出是硬伤，可能引发皮炎、过敏甚至毒性反应；

• 长期植入后腐蚀问题加剧，发炎、疼痛等不良反应频发。

2. 纯钛及钛合金：骨科植入物的“优等生”

纯钛抗腐蚀能力强，但强度低、耐磨性差，更适合口腔领域（如牙种植体、义齿），在承重的骨科领域“力不从心”。而钛合金的出现，弥补了这一短板。

钛合金分三类：α合金（TA）、（α+β）合金（TC）、β合金（TB）。其中，第三代β钛合金是目前的研究热点，它兼具高强度、低弹性模量和优异的成形性，比传统的Ti-6Al-4V合金更适合植入人体。

美国已推荐5种β钛合金用于医疗领域，比如TMZFTM（Ti-12Mo-Zr2Fe）、Ti-13Nb-13Zr等，未来有望成为骨科植入物的“新主力”。

3. 钴基合金：耐磨耐腐，但“安全性”存争议

钴基合金（又称钴铬合金）是出了名的“硬汉”——耐磨损、抗腐蚀，还能耐高温氧化，常用于关节置换假体的连接件。临床上常用的有两类：Co-Cr-Mo合金（F75）和Co-Ni-Cr-Mo合金（F562）。

但它的“软肋”也很突出：金属离子溶出的长期安全性存疑。虽然曾经因“高耐磨性”被看好，但近年来由于担心离子对人体的潜在危害，应用范围已逐渐收缩。

4. 贵金属及稀有金属：小众但“专精”的“医疗尖兵”

有些看似“小众”的金属，在医用3D打印中却大放异彩：

• 钽：拥有极佳的生物惰性，多孔钽材料在髋关节置换、股骨头坏死治疗中已应用80多年，长期随访证明安全有效；

• 铌：常作为合金添加剂，能改善材料性能，铌网可修复头盖骨损伤，铌丝能缝合神经和肌腱；

• 锆：表面能形成氧化陶瓷层，兼顾金属的强韧性和陶瓷的耐磨性，是新一代关节界面的“潜力选手”；

• 铂：作为催化剂用于硅胶植入物，如人工腰椎间盘，被证实无体内毒性。

这些金属凭借独特的生物相容性，在特定医疗场景中不可替代。

5. 可吸收金属材料：“完成使命就消失”的创新者

还有一类“智能材料”——可吸收金属，能在体内逐渐降解，无需二次手术取出。目前研究较多的是：

• 镁基材料：降解速度快，适合短期支撑的植入物（如骨折固定钉），但纯镁降解太快，镁合金是研究热点；

• 锌基材料：降解速度适中，生物相容性好，有望用于心血管支架；

• 铁基材料：降解慢，适合需要长期支撑的场景，但可能引发局部炎症反应。

 

三、医用金属粉体的“核心要求”

1.生物相容性：不引发过敏、炎症或毒性反应；

2.力学匹配：弹性模量、强度接近人体骨骼，避免“应力遮挡”；

3.耐腐蚀性：在体液环境中稳定，不释放有害离子。

 

从不锈钢的“退潮”到β钛合金的“崛起”，从钽的“长期服役”到可吸收金属的“智能降解”，医用3D打印金属粉体的每一次进步，都让植入物更贴合人体需求。

 

来源：钛想告诉你

关键词： 3D打印 金属粉体材料