摘要
目的:锌是一种可维持复杂缺损空间、无需手术取出、无皮下气肿并发症的新型GBR膜材料。3D打印锌基GBR膜可缩短手术时间,提高手术精度。但GBR膜是半透性屏障膜(即抑制成纤维细胞向骨缺损迁移同时不影响营养交换),需要多孔设计。而金属3D打印基于微米级金属粉末,过小的孔隙设计在制造中会导致堵孔。此外,多孔结构设计显著增加膜比表面积,会使其过快降解。
方法:提出一种智能化的复合增材制造方法以制备个性化、半透性和可降解的高分子/金属GBR膜:①根据患者骨缺损CBCT数据,采用自研发的“曲面随形单元填充智能算法”实现复杂曲面膜的多孔结构设计;②通过激光粉末床熔融技术打印多孔曲面锌膜基底;③利用电化学组装技术,以锌膜作为支撑结构和模板,让壳聚糖/明胶的冷冻凝胶在锌表面生长,实现大孔金属膜和小孔高分子膜的“共形互嵌”,实现半渗透。
结果:相较于传统打印的单元填充设计,该智能算法能确保复杂曲面上单元结构的完整性和应力分布的均匀。该复合膜能够有效传输营养物质,同时抑制100%的成纤维细胞浸润。与纯多孔锌膜相比,壳聚糖/明胶冷冻凝胶膜的共形覆盖增强了膜的机械性能并延缓其降解,能保证60天以上的结构完整性以维持初期成骨所需空间,同时也缓解了降解时释放Zn2+的细胞毒性。体外体内结果显示该复合膜具有优良的促成骨和抗感染能力。
结论:该GBR膜具有良好的应用前景。