中国科技,全球首例!塑料+3D打印,成功“修补”人体头盖骨!

金杨桃 2024-02-28 15:49:57

近日,上海交通大学医学院附属仁济医院颅脑创伤中心主任冯军峰团队成功完成了2例增材制造聚醚醚酮(PEEK)颅骨缺损修复假体植入手术。据悉,这是以PEEK粉末3D打印技术实施的增材制造PEEK骨板获证后,在全球的第1、第2例颅骨修补手术。

长久以来,金属始终是人体植入材料的首选,而塑料则一直在公众认知中保持着“廉价”的标签。然而,随着材料科学的迅速发展,以PEEK为代表的塑料迅速成长为新型医用人体植入材料,越来越多地应用于整形外科、心血管、人工脊椎等多个领域。看到这里,想必大家心里都会有个疑问,那就是塑料植入人体,真的安全吗?

一、为什么PEEK可用于医疗领域

PEEK塑料具有较低且与人体骨骼的弹性模量,故而能在防止应力遮蔽效应的同时,可使周边骨质保持原有强度。其独特的可视性、生物相容性、可调整机械性、优异的消毒性都能使其成为医疗领域内炙手可热的“新贵”。

PEEK医用特性简述

1、优异的可视性:PEEK材料可以透过X射线,在CT和MRI扫描中实现不显影,便于医生评估骨生长和治愈过程。在需要观察植入体的情况下,可通过材料改性实现可视化。同时,PEEK具有很强的耐辐射性能,即使在高剂量电离辐射下,其部件也能正常工作。

2、良好的消毒性能:PEEK材料在长时间暴露于热蒸汽、环氧乙烷和伽马射线等条件下,仍能保持其原始性质不变。可在苛刻温度(250℃)下长期使用,瞬间使用温度甚至可达300℃。

3、生物相容性:作为衡量人体植入材料的基本要素,PEEK材料具有优异的生物相容性,无细胞毒性、诱变性、致癌性,且不引发过敏。植入级PEEK纯度高,满足ISO10993要求,对人体无副作用。

4、可调整的机械性:通过加入不同添加剂,如碳纤维、硫酸钡和玻璃纤维,以满足特定应用需求。例如,在植入级PEEK聚合物中加入短碳纤维可提高其摩擦磨损性能。

金塑宝于上周的文章()中有提到,因特斯拉第二代人形机器人在发布中,被分析人数指出,马斯克应用了PEEK塑料使得机器人在不影响功能的前提下重量减轻10%,且更加灵活,导致了PEEK塑料的相关企业迎来花式“涨停潮”!

二、需求越大,原料市场越广

如今,PEEK在医用植入领域的应用可谓得到广泛认可,特别是在骨科植入耗材(如椎间融合器、韧带修复锚钉、关节界面螺钉)、神经外科修补片(如人工颅骨、颌面骨)、心血管产品(如心脏瓣膜、心脏起搏器外壳)等。

预计在广泛应用的背景下,PEEK塑料原料的状况将发生重大变革。根据金塑宝大数据研究院的估算,我国PEEK材料的市场需求量在2022年至2027年期间可能从2334吨增长至5079吨,相应的年复合增长率约为16.8%;市场规模则可能自14.96亿元增至28.38亿元,年复合增长率大约为13.7%。

在这样的市场需求推动下,我国PEEK材料产业将迎来新的发展机遇。首先,生产企业将不断加大研发投入,致力于提高PEEK材料的性能和降低生产成本。通过技术创新,推动PEEK材料在各领域的应用范围进一步扩大,满足更多行业的需求。

预计在广泛应用的背景下,PEEK塑料原料的状况将发生重大变革。根据金塑宝大数据研究院的估算,我国PEEK材料的市场需求量在2022年至2027年期间可能从2334吨增长至5079吨,相应的年复合增长率约为16.8%;市场规模则可能自14.96亿元增至28.38亿元,年复合增长率大约为13.7%。

此外,3D打印技术在航空航天、医疗、消费品等领域的广泛应用,也将带动PEEK材料市场需求的增长。再次,我国政府对新材料产业的支持也将助力PEEK材料产业的发展。政府通过制定相关政策、提供资金扶持等手段,鼓励企业进行技术创新和产业升级,推动PEEK材料产业走向高端化、智能化和绿色化。

然而,在看到PEEK材料产业发展机遇的同时,我们也要认识到存在的挑战。一是原材料供应问题。目前,全球PEEK原材料生产主要集中在国外企业,我国在PEEK原材料生产方面的自主创新能力较弱。因此,提高我国在PEEK原材料生产领域的自主创新能力和国际竞争力,是产业发展的当务之急。

其次,便是人才的培养。随着PEEK材料在各领域的应用越来越广泛,对相关领域的人才需求也越来越大。因此,加强人才培养和引进,提高人才队伍的整体素质,对推动PEEK材料产业发展具有重要意义。

总结:在市场需求、政策支持和产业发展的推动下,我国PEEK材料产业将迎来新的黄金发展期。但同时,也要正视存在的挑战,通过技术创新、绿色发展、人才培养等途径,不断提高我国在PEEK材料产业的国际竞争力。

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金杨桃

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