生物相容3D打印材料介紹

魔猴君  知識堂   69天前

用于人體的3D打印產(chǎn)品應(yīng)由不會引起過敏或毒性反應(yīng)的生物相容性材料制成。但就3D打印材料而言，生物相容性是什么意思？哪些材料具有生物相容性？

如今，可用于3D打印的生物相容性材料選項比以往任何時候都多，這使得牙科和醫(yī)療專業(yè)人士以及各種制造商能夠3D打印用于短期或長期皮膚接觸（可穿戴設(shè)備、COVID測試拭子、矯形器、耳塞、個人防護(hù)設(shè)備）或用于人體內(nèi)部（假牙、關(guān)節(jié)置換、骨植入物、血管支架）的產(chǎn)品。甚至醫(yī)療器械開發(fā)公司也使用生物相容性材料來3D打印其產(chǎn)品原型。

這些3D打印吸入器原型由諾華旗下的英國分部Coalesce Product Development使用Formlabs 3D打印機(jī)和生物相容性樹脂制成，將其吸入器產(chǎn)品的交貨時間縮短了80%以上（來源：Formlabs）

讓我們通過研究兩個關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域來探索生物相容性3D打印材料的多種類型和用途，這兩個領(lǐng)域可以作為無數(shù)其他應(yīng)用的模型：牙科和假肢。稍后我們將討論永久性身體植入物（如膝關(guān)節(jié)置換和顱骨植入物）是用什么材料3D打印出來的。

當(dāng)然，本篇生物相容性材料概述并非旨在提供任何形式的醫(yī)療指導(dǎo)，請記住，美國、歐盟、亞洲和印度的生物相容性法規(guī)各不相同。

生物相容性牙科材料

Asiga牙科樹脂（來源：Asiga）

整個牙科行業(yè)已迅速將3D打印應(yīng)用于一系列產(chǎn)品。從模型到臨時假牙再到永久植入物，3D打印使用塑料和金屬，以消費者期望的速度和價格提供牙醫(yī)所需的患者專用產(chǎn)品。事實上，根據(jù)Zion Market Research的數(shù)據(jù)，2021年全球牙科3D打印市場價值約為32.5億美元。

牙醫(yī)通常使用樹脂3D打印（也稱為立體光刻）來生產(chǎn)假牙、護(hù)齒器、手術(shù)工具以及許多其他產(chǎn)品，這些產(chǎn)品會暫時或永久地放入口中。市面上有各種各樣的樹脂，在生物相容性方面，制造商擁有特定的分類、評估和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)看起來像是秘密代碼。讓我們來看看這些標(biāo)簽和數(shù)字的真正含義。

生物相容性的3D打印材料類別

根據(jù)FDA的規(guī)定，美國將生物相容性分為I類、II類或III類（根據(jù)MDCG的規(guī)定，歐盟則將其分為I類、II類或III類）。世界其他地方也有類似的系統(tǒng)，但分類不同。例如，由于沒有國際標(biāo)準(zhǔn)，美國的II類產(chǎn)品在中國可能屬于III類。在本文中，我們將重點介紹美國和歐盟標(biāo)準(zhǔn)。

盡管您會看到以I類形式銷售的樹脂，但材料本身并未歸類，而是需要提交使用該材料制成的產(chǎn)品進(jìn)行測試（如果需要測試）。

I類醫(yī)療器械屬于低風(fēng)險至中等風(fēng)險，需要一般控制。幾乎一半的醫(yī)療器械被視為I類，95%的醫(yī)療器械不受任何監(jiān)管監(jiān)督。I類醫(yī)療器械的一般示例包括彈性繃帶和手持式手術(shù)器械，它們僅接觸完整的皮膚。在牙科3D打印方面，I類材料通常用于制作牙科印模的試戴設(shè)備。

II類醫(yī)療器械具有中等至高風(fēng)險，需要特殊控制。這些材料一旦制造商在FDA注冊并列出，并符合適用要求，即可在美國銷售。II類器械的類型包括可拆卸皮膚釘和牙科中的永久性修復(fù)體、嵌體、覆蓋體和假牙。這些產(chǎn)品指定用于與血液、體液、器官、組織和細(xì)胞接觸。

采用Detax的Freeprint Ortho樹脂制作的牙科手術(shù)導(dǎo)板（來源：Detax）

根據(jù)暴露時間，這兩個類別進(jìn)一步細(xì)分為子類別（a、b和c），從有限時間到長時間再到永久時間。例如，II類a表示II類設(shè)備使用時間有限，具體來說，使用時間少于24小時。子類別“b”表示長時間使用（24小時至30天），子類別“c”表示永久使用（超過30天）。

生物相容性不僅僅是一種衡量標(biāo)準(zhǔn)，而是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)規(guī)定的多種衡量標(biāo)準(zhǔn)。具體來說，標(biāo)準(zhǔn)10993及其子類別表示生物相容性的類型。例如，ISO標(biāo)準(zhǔn)10993-5是對材料對活細(xì)胞有毒（或細(xì)胞毒性）的風(fēng)險的評估，而10993-10則涉及材料作為刺激物或致敏劑的風(fēng)險。還有對材料是否能夠誘發(fā)基因突變、引起皮疹或引起廣泛毒性的評估。您的3D打印材料可能符合部分或全部標(biāo)準(zhǔn)。

等級劃分基于設(shè)備的風(fēng)險，而ISO 10993則基于與身體組織和體液的接觸時間和接觸類型，這在選擇設(shè)備材料時是最重要的因素。

制造商會披露材料在評估和測試后是否符合生物相容性國際標(biāo)準(zhǔn)要求。制造商通常甚至?xí)哆M(jìn)行測試的實驗室。

ISO還有其他標(biāo)準(zhǔn)值得參考。ISO 22112涉及用聚合物或陶瓷制成的（包括3D打印的）假牙的材料特性。對于聚合物基牙冠和貼面材料，有ISO 10477；對于假牙基托聚合物，有ISO 20795。請注意，這些標(biāo)準(zhǔn)并非3D打印所獨有，也適用于模制和加工牙科產(chǎn)品所用的材料。

讓我們以一種生物相容性3D打印樹脂為例。3D打印機(jī)和材料制造商Formlabs的假牙樹脂附帶一份數(shù)據(jù)表，上面說該材料已在明尼蘇達(dá)州圣保羅的藥明康德實驗室進(jìn)行了醫(yī)療器械生物學(xué)評估測試，并根據(jù)ISO 10993認(rèn)證為生物相容性，無致突變性、無細(xì)胞毒性，不會引起紅斑或水腫反應(yīng)，不是致敏劑，也不會引起全身毒性。用這種材料制成的部件的后固化性能符合ISO 22112和ISO 10477。目前，F(xiàn)ormlabs的16種材料已根據(jù)各種ISO 10993、ISO 18562和USP Class VI端點公開測試，結(jié)果已發(fā)布在公司網(wǎng)站上。

您用于3D打印的材料應(yīng)該能夠提供Formlabs在技術(shù)數(shù)據(jù)表中或通過聯(lián)系制造商所提供的特定級別。

您可能在材料上看到的另一個標(biāo)識是USP VI級，它指的是美國藥典(USP)的一組生物相容性測試要求，該組織是一個非營利組織，其標(biāo)準(zhǔn)為美國食品藥品管理局(FDA)的決策提供參考。這種測試是確定材料生物相容性的最常用方法之一。共有六個等級，其中VI級最為嚴(yán)格，旨在證明塑料材料中滲出的化學(xué)物質(zhì)不會引起有害反應(yīng)或長期身體影響。

在材料上看到一些實際上毫無意義的術(shù)語并不罕見。例如，“FDA 510(k)批準(zhǔn)”或“FDA 510(k)批準(zhǔn)”實際上并不是認(rèn)證。當(dāng)FDA通過510(k)批準(zhǔn)一種設(shè)備時，它不會檢查該產(chǎn)品對患者使用是否安全或有效。它只是同意制造商的說法，即該設(shè)備（或材料）與市場上已有的其他設(shè)備相似。“CE認(rèn)證”也是如此。歐盟產(chǎn)品上的CE字母意味著制造商證明該產(chǎn)品符合歐洲健康、安全和環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。它不是質(zhì)量指標(biāo)或認(rèn)證標(biāo)志。

編譯整理：ALL3DP