引言
由于腫瘤、炎癥、損傷、先天性畸形導(dǎo)致的骨缺損，可使患者面部畸形，影響咀嚼、吞咽、語(yǔ)言功能。口腔頜面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，缺損部位形態(tài)隨機(jī)，個(gè)性化特征非常明顯，對(duì)植入體或修復(fù)體的個(gè)性化要求相當(dāng)髙。修復(fù)體植入后，會(huì)受到頌面部肌肉的牽拉，承擔(dān)咀嚼壓力。所以，除了要恢復(fù)患者的顏面部形態(tài)，修復(fù)體還需要有一定的機(jī)械強(qiáng)度，以確保其能夠在體內(nèi)行使正常功能，優(yōu)良還能夠負(fù)載成骨細(xì)胞促進(jìn)頌 骨 再 生 [1]。3D 打印技術(shù)可滿足頌骨缺損的個(gè)性化設(shè)計(jì)和制作，鈦及鈦合金種植體具有較高的強(qiáng)度，較低的彈性模量，在口腔領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[2]。
3D 打印技術(shù)又稱增材制造，是在三維設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上，利用連續(xù)分層打印，通過(guò)逐層疊加，形成三維實(shí)體的技術(shù)[3]。3D 打印技術(shù)個(gè)體化特征明顯，制作精度高，加工周期短，可最大限度地降低成本，提高生產(chǎn)效率。近年來(lái)，3D 打印技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研宄及應(yīng)用呈上升趨勢(shì)?？谇恍迯?fù)學(xué)、口腔種植學(xué)、 口腔正畸學(xué)和口腔內(nèi)科學(xué)[4_5]都有所涉及，如冠橋、種植體基臺(tái)的制作、義齒支架和正畸弓絲等。
隨著口腔醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展，3D 打印材料的研宄己成為研宄重點(diǎn)。
生物醫(yī)用材料直接與生物體接觸，可修復(fù)、替代缺損骨組織，誘導(dǎo)骨組織再生，恢復(fù)骨組織功能[6]。近年來(lái)生物醫(yī)用材料被廣泛應(yīng)用于軟硬組織修復(fù)的醫(yī) 療 領(lǐng) 域 [7]。鈦及鈦合金憑借其良好的力學(xué)性能，優(yōu)良的抗生理腐蝕性能、優(yōu)異的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，被視為理想的3D 打印材料。
1、 3D打印鈦的表面改性
鈦及鈦合金的3D 打印技術(shù)己在口腔頌面部的修復(fù)、牙體組織的修復(fù)、種 植 體制造[8]等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用?？芍谱鞫嗫字Ъ苡糜陧灩侨睋p的修復(fù)，制作金屬內(nèi)冠、全冠、可摘義齒支架、個(gè)性化舌側(cè)托槽等 和 傳 統(tǒng) 的 種 植 入 體 一 樣 ，3D 打印鈦種植體也存在生物惰性等問(wèn)題：例如彈性模量較骨組織高，抗剪強(qiáng)度、摩擦特性低，細(xì)胞毒性和潛在的過(guò)敏性等。
這易導(dǎo)致鈦種植體和骨組織不相融，在植入體內(nèi)后使骨結(jié)合時(shí)間延長(zhǎng)、骨結(jié)合強(qiáng)度將低。如 何 將 3D 打印技術(shù)與提高材料的生物相容性和骨整合能力相結(jié)合，使 3D 打印鈦種植體與骨組織的結(jié)合更加牢固，骨愈合時(shí)間縮短，骨結(jié)合力提高？這些問(wèn)題受到了研宂者的廣泛關(guān)注。3D 打印鈦植入體的表面處理借鑒了傳統(tǒng)鈦植入體表面改性的方法，主要包括物理改性、化學(xué)改性和生物化學(xué)改性[11]。
1.1物理改性
物理改性是依靠動(dòng)能、熱能、電能將離子、陶瓷、金屬等材料結(jié)合到種植體表面形成涂層的方法。該過(guò)程無(wú)化學(xué)反應(yīng)參與，主要包括鈦漿噴覆、激光處理、噴砂酸蝕、電解蝕刻、物理氣相沉積、離子注入、表面陶瓷化等。Kim等 [12]將 S r 注入到鈦表面，證 明 S r 的釋放可促進(jìn)脂肪干細(xì)胞在納米鈦材料表面的黏附，同時(shí)堿性磷酸酶、骨鈣素、RANKL等相關(guān)成骨因子的表達(dá)也相應(yīng)增加。traini 以 等 [13]通過(guò)激光燒結(jié)加工成型梯度化結(jié)構(gòu)的多孔Ti-6A1-4V 牙科種植體，結(jié)果表明，其具有良好的理化性能，并且功能梯度材料的牙種植體更好地適應(yīng)骨的彈性特性。
1 . 2 化學(xué)改性
化學(xué)改性是使用化學(xué)試劑，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以改變種植體表面的化學(xué)特性，使之與細(xì)胞產(chǎn)生相互作用，從而改變細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能。主要方法包括陽(yáng)極氧化、酸堿處理、溶膠凝膠、化學(xué)氣相沉積等膜層改性方法。張 欣 蔚 [14]采用電化學(xué)沉積法在3D打印多孔鈦植入體表面制備殼聚糖/ 羥基磷灰石復(fù)合涂層，結(jié)果表明經(jīng)過(guò)復(fù)合涂層的處理后，3D 打印鈦表面的細(xì)胞增殖、分化性能都有所提高。MARYCZ等 [15]使用溶膠-凝膠法將生物活性鞘脂S1P 融入二氧化鈦涂層，降低其表面粗糙度，結(jié)果表明二氧化鈦 /S1P 上的細(xì)胞生成骨結(jié)節(jié)數(shù)量增多，成骨因子的表達(dá)也顯著增加。
1 . 3 生物化學(xué)改性
生物化學(xué)改性是將生長(zhǎng)因子、蛋白質(zhì)、抗菌藥物 [+ 19]固定到修復(fù)體表面，以誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化，促進(jìn)修復(fù)體與骨組織結(jié)合。主要包括化學(xué)固定法、物理吸附法和涂層載體法[2()]。相對(duì)于傳統(tǒng)的化學(xué)、物理方法，生物化學(xué)改性在促成骨細(xì)胞增殖分化方面效果更明顯。李賽娜 等 [21]通過(guò)偶聯(lián)劑將膠原分子固 定 在 3D 打 印 的 鈦 合 金 （Ti-6A1-4V ) 片上，研究顯示，膠原分子的存在提高了 3D 打印鈦合金表面的細(xì)胞增殖、活性以及生物相容性。Kumar等 [22]用細(xì)胞外基質(zhì)修飾3D 打印鈦支架，結(jié)果顯示支架上細(xì)胞的功能和材料的生物相容性都有所提高。生物分子領(lǐng)域和材料領(lǐng)域的研宄者們一直在尋求通用的表面改性方法，使之可在植入體表面快速、有效地固定生物活性分子，并且能根據(jù)表面要求的需要進(jìn)行相應(yīng)的功能修飾。種植體表面的改性研究為口腔醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供了新的方向，隨著科技的迅速發(fā)展，材料的表面改性在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也將迅速發(fā)展，成為生物醫(yī)用植入體領(lǐng)域重要研宄方向之一。
2、3D打印鈦種植體的臨床應(yīng)用
2.1 口腔種植學(xué)
鈦 金 屬 3D 打印技術(shù)的出現(xiàn)極大地推動(dòng)了牙體種植學(xué)的發(fā)展，該技術(shù)可以在種植體制造的過(guò)程中用激光束處理種植體，使其形成多孔的粗糙表面，還能夠根據(jù)患者X 線的三維影像數(shù)據(jù)，制備與患牙牙根形態(tài)及大小一致的個(gè)性化種植體，并于拔牙同期 植 入 [23]，簡(jiǎn)化診療過(guò)程、減少手術(shù)創(chuàng)傷，縮短愈合時(shí)間，實(shí)現(xiàn)病牙的即刻置換。有研宄表明，3D打印的鈦合金種植牙可仿造牙槽骨的天然結(jié)構(gòu)，表面密布三維貫通的窩溝，誘導(dǎo)成骨細(xì)胞在窩洞中再生 [24]。Tunchel等 [25]對(duì) 110例 使 用 3D 打印鈦合金種植體的患者進(jìn)行了評(píng)估，結(jié) 合 3 年的隨訪結(jié)果顯示：該種植體能恢復(fù)缺損的單顆牙間隙，成功率較高。
Cucchi等 [26]用 3D 打印鈦網(wǎng)對(duì)無(wú)牙頌種植術(shù)后的患者進(jìn)行了骨增量治療。術(shù)前對(duì)骨增量區(qū)域和種植體植入?yún)^(qū)域進(jìn)行了個(gè)性化設(shè)計(jì)，制作了 3D 打印鈦網(wǎng)，術(shù)后 C T 及回訪顯示患者對(duì)治療效果滿意。
2.2 口腔頜面外科
3D 打印技術(shù)能夠直觀立體地還原患區(qū)的缺損形態(tài)，制備的個(gè)性化鈦網(wǎng)，精度高、外形好、術(shù)中操作簡(jiǎn)便，手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)降低，有效推動(dòng)了面部骨缺損的診斷、手術(shù)的模擬及術(shù)中復(fù)位的發(fā)展。周小義等[27]根據(jù)影像學(xué)資料，制 作 3D 打印鈦手術(shù)導(dǎo)板，借助軟件進(jìn)行虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)，指導(dǎo)髁突骨軟骨瘤及繼發(fā)牙頜面畸形的手術(shù)矯治，術(shù)后結(jié)果顯示患者顏面對(duì)稱，功能恢復(fù)良好。suska 等 [28]用個(gè)性化3D 打印鈦合金假體對(duì)一下頌骨體及下頜角缺失的患者進(jìn)行治療，術(shù)后患者外形輪廓及功能恢復(fù)較好。李金等人[29]報(bào)道 了 9 例下頌骨腫瘤或腫瘤術(shù)后缺損的病例，利用3D 打印技術(shù)重建鈦板，結(jié)合腓骨肌皮瓣修復(fù)下頌骨缺損。結(jié)果顯示患者的腓骨肌皮瓣成活，咬合關(guān)系正常，無(wú)并發(fā)癥，患者外形恢復(fù)良好。
2.3 口腔正畸學(xué)
在正畸方面，3D 打印技術(shù)可以定制各種類型的矯治器，如固位器、擴(kuò)弓器、個(gè)性化帶環(huán)、生物調(diào)節(jié)器、牙合板、雙 牙 合 板 等 [M]。 目前學(xué)者們將錐體束 C T 和 3D 打印技術(shù)結(jié)合設(shè)計(jì)出個(gè)性化鈦板用于前方牽引。國(guó)內(nèi)學(xué)者梁舒然等[31]報(bào)道了一例因上頌骨發(fā)育不足導(dǎo)致的骨性III類錯(cuò)牙合的病例，他們用術(shù)前錐體束CT，結(jié)合數(shù)字化模型，利 用 3D 打印技術(shù)制備了 3D 打印鈦修復(fù)體，對(duì)該患者進(jìn)行了骨性前方牽引治療。術(shù)后患者達(dá)到了正常的覆牙合覆蓋，牙列無(wú)擁擠。3D 打印個(gè)性化鈦板可最大程度地貼合骨表面 ，并可選擇骨皮質(zhì)厚度，避開恒牙胚及牙根，同時(shí)控制加力方向，從而減小手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，使患者獲得更多的骨性改建，減少牙性代償。
2.4 口腔修復(fù)學(xué)
在口腔修復(fù)方面，學(xué)者們正致力于應(yīng)用3D 打印技術(shù)制備金屬牙冠、牙橋，可摘局部義齒支架的研究。
近期H u 等 [32]報(bào)道了 1 例 肯氏I 類牙列缺損的病例，他們結(jié)合患者口外掃描、3D 打印技術(shù)制作鈦支架、利用傳統(tǒng)充膠排牙，結(jié)果顯示個(gè)性化3D 打印鈦支架與口腔組織緊密結(jié)合，無(wú)移位變形。
3、小結(jié)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們對(duì)健康關(guān)注的增加，鈦及鈦合金牙種植體、義齒、頌骨修復(fù)釘板等的用量將快速增長(zhǎng)。研宄者們應(yīng)致力于3D打印鈦及鈦合金的新型材料研發(fā)、表面改性等方面的研宄，不斷加強(qiáng)3D 打印鈦及鈦合金在口腔領(lǐng)域的研宄和應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1]Liu CK, Jing CX, Tan XY, et al. Using three-dimensional porous internal titanium scaffold or allogenic bone scaffold for tissue—engineering condyle as a novel reconstruction of mandibular condylar defectsQ]. Journal of Medical Hypotheses and Ideas,2014,8(2):69~73.
[ 2 ]黃俊輝，劉 桂 ，姚 志 剛 ，等 .3D 打印技術(shù)在口腔頜面修復(fù)中的應(yīng)用⑴. 中華口腔醫(yī)學(xué)研究雜志，2015,9(3):252-255.
[ 3 ]周 偉 民 ，閔 國(guó) 全 .3 D 打 印 技 術(shù) [M].北 京 ：科 學(xué) 出 版社 ，2016:3-6.
[4]Dawood A, Marti B, Sauret-Jackson V, et al. 3D printing in dentistry[J]. BDJ,2015,219( 11) ：521-529.
[5]Anssari Mion D, Derksen W, Verweij JP, et al. A novel approach for computer assisted template—guided autotransplantation of teeth with custom 3D designed printed surgical tooling[J] .J.Oral Maxillofac Surg,2016,74(5):95~902.
[ 6 ]梁 新 杰 ，楊 俊 英 .生 物 醫(yī) 用 材 料 的 研 究 現(xiàn) 狀 與 發(fā) 展 趨勢(shì) [)].新材料產(chǎn)業(yè)，2016(2):2-5.
[7]Geetha M, Singh A K, Asokamani R, et al. Ti based biomaterials, the Ultimate choice for orthopaedic implant A review[J].Progress in Materials Science, 2009,54⑶:397—425.
[8]Chanchareorlsook N, Tideman H, Lee S, et al. Mandibular reconstruction with abioactive—coated cementless Ti6Al4V modular endoproSthesis in Macaca fascicularisQ].Int J OralMaxillofac Surg,2014,43(6):758-768?
[ 9 ] 趙冰凈，胡敏.金屬3D 打印技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景[J].口腔領(lǐng)面外科雜志，2015,25(4):311-314.
[1 0 ] 趙 冰 凈 ，胡 敏 . 用 于 3 D 打印的醫(yī)用金屬研究現(xiàn)狀[J]. 口腔頜面修復(fù)學(xué)雜志,2015,16(1):53-56.
[1 1 ] 李 鶯 ，李長(zhǎng)義.鈦種植體表面改性策略及對(duì)骨整合的影響 [J].中國(guó)組織工程研究，2013,17(29):5395-5402.
[12] Kim HS, Kim YJ, Jang JH, et al. Surface Engineering of Nanostructured Titanium Implants with Bioactive IonsQ].Dent Res,2016,95(5) :558-565.
[13] Traini T, Mangano C, Sammons RL, et al. Direct laser metal sintering as a new approach to fabrication of an isoelastic functionally graded material for
manufacture of porous titanium dental implants [J]. Dent Mater,2008,24(11)：1525-1533.
[1 4 ]張 欣 蔚 .3D 打 印 多 孔 鈦 種 植 體 結(jié) 合 CS/HA涂層促骨結(jié)合作用的研究[D ].山 東 ：山東大學(xué)，2016.
[15] Marycz K, Krzak J, Maredziak M, et al. The influence of metal —based biomaterials functionalized with sphingosine—1—phosphate on the cellular response and osteogenic differentiation potential of human adipose derived mesenchymal stem cells in vitro[J]. Biomater Appl,2016,30(10)：1517-1533.
[16] Lai M, Jin Z, Su Z. Surface modification of Tio2 nanotubes with osteogenic growth peptide to enhance osteoblast differentiation[J]. Mater Sci Eng C Mater Appl,2017,73:490—497.
[17] Hasan A, Saxena V, Pandey L M. Surface functionalization of Ti6A14V via self—assembled monolayers for improved protein adsorption and fibroblast adhesionQ]. Langmuir,2018,34(11):3494-3506.
[18] Liu P, Hao Y, Zhao Y, et al. Surface modification of titanium substrates for enhanced osteogenetic and antibacterial properties[J]. Colloids Surf B
Biointerfaces,2017,160:110—116.
[19] Shen X, Zhang F, Li K, et al. Cecropin B loaded TiO2 nanotubes coated with hyaluronidase sensitive multilayers for reducing bacterial adhesionQ]. Materials &
Design,2016,92:1007-1017.
[20 ]王 之 發(fā) ，王 艷 ，郭 繼 ，等.鈦及鈦合金種植體表面處理的研究 進(jìn) 展 U].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2〇14，14(31):6186-6189.
[21 ]李 賽 娜 ，康 躋 耀 ，高 建 萍 ，等 . 肢 原 涂 層 對(duì) 3D 打印種 植 體 表 面 生 物 相 容 性 的 影 響 [J].中 國(guó) 組 織 工 程 研究 ，2017,21(10) :1558_1564.
[22] Kumar A, Nune KC, Misra RD. Biological functionality and mechanistic contribution of extracellular matrix—ornamented three dimensional Ti—6 Al—4 V mesh scaffolds [J]. J BiomedMater Res A,2016,104(11): 2751—2763.
[23] Moin D A, Hassan B, Mercelis P, et al. Designing a novel dental root analogue implant using cone beam computed tomography and CAD/CAM technology [J]. Clin OralImplants Res,2013,24(A100):25—27.
[24] Seyed MA, Saber AY, Ruebn W, et al. Additively Manufactured Open—Cell Porous Biomaterials Made from Six Different Space—Filling UnitCells:The Mechanical and Morphological Properties [J]. Materials, 2015,8(4) :1871 —1896.
[25] Tunchel S, Blay A, Kolerman R, et al. 3D Printing/Additive Multicenter study with 3 years of Follow—upQJ.IntJ Dent，2016(6):l—9.
[26] Cucchi A, Giavatto MA, Giannaticmpo J, et al. Custom-made titanium mesh for maxillary bone augmentation with immediate implants and delayed loadingQJ.J Oral I mplantol,2019,45(1):5964.
[27 ]周 小 義 ，劉 堯 ，葉 斌 ，等 . 3 D 打印導(dǎo) 板 輔 助 髁 突 骨 軟骨瘤及繼發(fā)復(fù)雜牙頜面畸形的手術(shù)治療□ . 口腔醫(yī)學(xué)研究 ，2017,33(2):166-169.
[28] Suska F, Kjeller G, Tamow P, et al. Electron Beam Melting Manufacturing Technology for Individually Manufactured Jaw Prosthesis：A Case Report[J]. J Oral MaxillofacSurg,2016,74(8)：1706.el-1706.el5.
[29 ]李 金 ，陳 巨 峰 ，劉 士 維 ，等 . 數(shù) 字 化 3 D 打 印 技 術(shù) 在腓 骨 肌 皮 瓣 修 復(fù) 下 頜 骨 缺 損 中 的 應(yīng) 用 [J]. 口腔疾病防治 ，2019,27(2):100-103.
[30 ] 徐 #?光 ，李 丹 榮 ，寧 銳 劍 .3 D 打印技術(shù)在口腔種植領(lǐng)域的應(yīng)用及對(duì)牙科工業(yè)發(fā)展的革命性影響D].中國(guó)醫(yī)療器械 信 息 ，2015(8):13-18.
[31 ]梁 舒 然 ，王 凡 ，周 冬 青 ，等.三維打印鈦板支抗前方牽引治療骨性III類錯(cuò)牙合畸形的初步應(yīng)用[J].中華口腔醫(yī)學(xué)雜 志 ,2017,52(12)753-755.
[32] Hu F, Pei Z, Wen Y. Using Intraoral Scanning Technology for Three-Dimensional Printing of Kennedy Class I Removable Partial Denture Metal Framework:A ClinicalReportQ] .J Prosthodont,2017.
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