据相识，本年第四代3D打印机将引进海内一些病院，它能打出钛合金物件，无望间接用作骨科质料植入人体。而于前不久，白求恩国际以及平病院神经外科有一位稀有肿瘤患者，由于脑袋遭到肿瘤细胞包裹侵蚀，3/4的脑袋都被改换为钛合金的“人工脑袋”。
新闻缘起：
据相识，本年第四代3D打印机将引进海内一些病院，它能打出钛合金物件，无望间接用作骨科质料植入人体。而于前不久，白求恩国际以及平病院神经外科有一位稀有肿瘤患者，由于脑袋遭到肿瘤细胞包裹侵蚀，3/4的脑袋都被改换为钛合金的“人工脑袋”。
提到钛，有人说它是一种矿岩，有人想到收集热词“钛合金眼”，有人猜它可以用做工业质料，固然也有人问：钛是甚么？只管钛的一些机能并无被公家所熟知，但这其实不能制止它有一番高文为。这不，近来它又被3D打印技能制成“人工脑袋”用来取代人的颅骨。
动静一出，人们群情纷纷： 钛缘何能做“人工脑袋”？用钛成品做医用质料靠谱吗？与其它质料比拟有啥纷歧样？于推广中碰到哪些瓶颈？除了此以外钛另有甚么用途？就这些疑难，中科院金属研究所研究员徐东生为读者答疑释惑。
钛为何能植入人体？ 无毒、耐腐化、弹性好、强度高
将一种物资植入人体可不像说的这般轻松。徐东生说：“将物资植入人体需要几个前提，起首要求这类物资必需无毒，与人体无不良反映；其次是正常不克不及腐化；再次是假如作为骨替换物需要强度高、耐疲惫、同时以及弹性模量要与人骨靠近。”
将钛合金用在人工骨制移植，于医学上运用的愈来愈广泛。是甚么缘故原由让钛从浩繁备选质料中脱颖而出？徐东生说：“畴前用的骨替换用金属如不锈钢等，其弹性模量年夜多很高，与骨之间弹性模量不婚配，使患上载荷不克不及由植体很好地通报到相邻骨构造，呈现‘应力屏蔽’征象，从而致使莳植体周围发生骨接收，致使局部骨质松散，终极惹起莳植体松动或者四周的骨断裂。”
“钛是少有的几个对于人体有害的元素金属之一。就今朝看，钛多是放于人体里最佳的骨替换质料”徐东生说，“尤为是一些新发现的低模量钛合金，弹性模量以及人骨很是靠近，如许就不会孕育发生应力屏蔽，给人体带来一些诸如骨质松散如许的问题，也不需要像其他骨成品几年就患上改换一次。这种合金与人体力学相容性很是好，会跟着自身骨头的变形而变形。而其他像是铁、镍等合金骨成品则会跟着时间的推移，致使一些诸如过敏、发炎、生锈等问题。有些金属虽然与人体没有反映，如金、镍等，可是强度及弹性等方面远不迭钛。”
将钛植入人体有何危害？ 生物相容性是要害
钛成品植入人体危害毕竟有多年夜？这是老黎民体贴的热门。徐东生说：“许多人担忧骨质移植会不会形成病变的发生。现实上于咱们所的研究早期就已经思量到这点。确凿有些质料移植到体内会加快细胞增加，以至致使癌症。十几年前咱们就最先与别人互助举行生物相容性研究，经由过程一些试验不雅察细胞怎样于钛移植体上生长、卵白质会不会沉积。颠末有数次的实验不雅察以及临床经验证实，这类钛合金的生物相容性很好。”
据外洋研究注解，某些钛合金植入体内后，合金中的V等离子会散布到其周围的软构造中，惹起发炎等症状。这项研究是否申明钛成品骨质移植存于一些没法防止的缝隙？
有关资料显示，一般人的体液中含有水、葡萄糖、卵白质和类脂肪等物资，一般状况下pH值为7.4，这些特征就决议了人体情况具备必然的腐化性。而生物体情况的繁杂性决议了莳植体构造之间反映的繁杂性。徐东生说：“咱们的钛合金去除了了对于人体无害的V等元素，接纳Nb， Zr， Sn等无毒元素，同时钛具备很年夜的惰性，相较在不锈钢及其他合金，钛的抗腐化机能长短常精彩的，当前它仍是已经知最合适打造莳植体的质料。固然，关在钛的医用质料另有许多问题有待进一步摸索，包孕它的设计要领、制备工艺、机能测试等问题。”
3D打印钛合金骨骼难于哪儿？ 造价高，临床有待验证，技能亟待完善
比拟传统体式格局，3D打印于实体系体例造中省去了冗长而昂贵的模具打造历程，这一显著上风使患上它被各行业争相投入应用。于医用方面，骨骼3D打印已经再也不是神话。徐东生说：“骨骼3D打印简朴来讲，起首需要对于需复制的骨骼或者者对于身体上的对于称骨骼举行3D成像，然后输入3D打印机层层叠加，直至造成3D的实体。这象征着骨骼的3D打印技能乐成地解决了按照个别需求举行布局设计这一难题。”但将钛合金骨骼3D打印技能要想被广泛应用，预计还患上等上一段时间。
于人们的印象中，只有以及钛扯上瓜葛，好像就注订价值不菲。那末，这是否是形成推广应用难的缘故原由？对于此徐东生暗示，造价高确凿是一个问题，但这其实不是独一的缘故原由。“需要用年夜量的科学研究以及临床实验来证实这项技能的保险靠得住，也是一个要害要素。”
徐东生夸大说：“就今朝来看，用钛原料打印出来的部件其实不长短常完善，正常城市带有一些缺陷——外貌上比力粗拙，内部会有一些微孔等，对于外不雅或者强度上会形成必然的影响。现实上，想要合金疲惫机能好同时又具备低模量长短常坚苦的。由于合金的弹性模量比力低的话，它的强度经常也会降落。经由过程甚么措施设计出既具备高强度又具备低弹性模量的钛合金是建造精良莳植体的要害，这是咱们所多年来的起劲标的目的。”
■ 连线专家
科技日报：“除了了于医学方面，钛还运用于哪些方面？”
徐东生：“钛合金具备优秀的比强度，同时还具备精良的高温机能，是以于航空航天上，不只用在打造航行器布局件，于策动机中也年夜量运用，还可以用在打造高压容器，如高压气瓶。钛的耐腐化性很好，使它常运用在化工等范畴；钛的高强度、经久性和精良的装饰性，也合适于汽车、修建等方面运用。同时钛的氧化物钛白因为具备光催化作用，可分化某些无害污染物，于修建外墙涂料等方面正于被广泛使用。”
科技日报：“钛成品广泛运用，还需迈过几道坎？”
徐东生：“起首，价格是一个不克不及轻忽的问题，钛及钛合金多属在高价位的产物，这是它们没有年夜量被运用的主要缘故原由；其次，对于在提炼钛的能量要求比力高，耗电量比力年夜，把钛原子从氧化物里分散出来所需要的电能比铝等其他金属高；另有怎样改良综协力学机能以及工艺机能，进一步研究钛合金的力学以及生物学相容性并举行须要的临床实验很是主要，将为新型医用钛合金的成长提供依据。”
科技日报：“钛成品什么时候走进平常黎民家？”
徐东生：“一个是开发出质优价廉的新型医用钛成品，使它能被老黎民消费的起；范围化自己会使其降低成本；此外，还需要质料事情者和医学事情者的共同努力，才气将钛及钛合金更多更快的运用来临床中去。钛的腐化等的衰减率很低，许多环境下它的腐化率险些可以纰漏，这不只可降低徊收用度，并且削减了资源华侈以及污染，它的这些长处应该被更多人熟悉。当局的踊跃鞭策也很是主要，如能响应的做出一些鼓动勉励政策促成钛合金的使用将有助在其更广泛的运用。”
■ 延长浏览
四问“人工脑袋”
热播剧《永不消逝的番号》里，主人公“铁脑袋”由于脑袋上修补了一块铁片而给人印象深刻。4月10日，白求恩国际以及平病院神经外科有一位稀有肿瘤患者，由于脑袋遭到肿瘤细胞包裹侵蚀，3/4的脑袋都要改换为钛合金的“人工脑袋”。云云年夜面积改换“人工脑袋”的手术很是少见，手术危害以及难度也出格年夜。金属脑袋是怎样替代的，患者此后糊口有何影响？
半月前，52岁的患者杨顺遂（假名）因头痛、眼眶胀痛，于家人的伴随下来到白求恩国际以及平病院医治，却不测得悉，头部长了一个伟大肿瘤，再不举行手术可能会危及生命。
白求恩国际以及平病院神经外科主任樊丰势说，颠末诊断阐发，患者必需当即手术。而因为巨瘤包裹、侵蚀颅骨，是以必需要将颅骨改换成人领班颅。于一半肿瘤以及颅骨乐成切除了后，随后，颠末对于残剩颅骨以及“人工脑袋”从头塑型，卯上钛钉，金属脑袋被紧紧固定。末了，大夫将离隔的脑膜以及头皮纷纷修复缝合好，钛合金人领班颅顺遂替代。颠末整整13个小时，手术顺遂竣事。
问：手术用的金属脑袋是怎么做的？
樊丰势：这个金属脑袋分先后两片，是用两个钛合金网做成的。这个“人工脑袋”是于手术以前做好的，哄骗3D技能根据成年人的平均参数建造的。这类金属与人体相容性好，外貌包上病人本身的构造以后像骨头同样，进入体内不会生锈。
问：假如患者再需医治，还能打开脑袋吗？
樊丰势：由于“人工脑袋”是用钛钉卯上去的，以是还可以组装。
问：金属脑袋功效跟本来的脑袋同样吗？
樊丰势：脑袋的重要功效就是掩护年夜脑，钛合金质地比力硬，以是比以前的颅骨还要坚固。并且，设计时，后半部门质地相对于比前方更硬，怎么压也不会变形。此外，由于头皮完备，以是不会让年夜脑太敏感，散热、存热等年夜脑调治功效也不受影响。
问：之后还能长头发吗？
樊丰势：固然能长头发，由于头发生长重要于在头皮。手术历程中，病人的头皮构造并未受损。等头发长了，头皮上的手术陈迹也被盖住了，与一般人看起来没有较着区分。（实习生 徐冰）
《科技日报》（2013-5-10 五版）
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