造物主的配方表：磷酸钙+3D打印=？

为什么磷酸钙是骨骼的终极材料？

在地球的生命史上，骨骼材料的演化是一场持续数亿年的“材料科学实验”。海洋生物大多依赖碳酸钙构建外壳，而陆生动物——尤其是哺乳动物——却选择了磷酸钙（羟基磷灰石）作为骨骼的主要成分。这一选择并非偶然，而是基于几个关键优势：

化学稳定性：陆地环境中的雨水呈弱酸性（pH≈5.6），而磷酸钙的溶解度远低于碳酸钙，避免了骨骼被缓慢溶解的风险。

力学强度：羟基磷灰石的抗压强度（150-200 MPa）是碳酸钙的2-4倍，足以支撑陆生动物的体重和运动需求。

生物调控能力：磷酸根（PO₄³⁻）是ATP、DNA等生命分子的核心成分，骨骼不仅提供支撑，还能动态调节钙磷代谢，维持血钙平衡。

可以说，磷酸钙是自然界为陆地生命量身定制的“智能材料”，它既坚固又可控，远比碳酸钙更适合高等动物的生存需求。

当PEEK遇上磷酸钙，植入物迎来革命

传统金属植入物（如钛合金）虽然强度高，但存在应力屏蔽（弹性模量不匹配）和影像伪影（影响CT/MRI）等问题。而聚醚醚酮（PEEK）作为一种高性能聚合物，力学性能接近人骨，却缺乏骨传导性——即引导骨细胞生长的能力。

赢创的VESTAKEEP® iC4800 3DF材料解决了这一难题：

20%双相磷酸钙（BCP）：模拟天然骨骼成分，促进骨细胞快速附着，加速骨整合。

黄金特性：具有出色的生物相容性、生物稳定性、骨传导特性、耐热性和耐化学性。

PEEK基材：保留高强度、耐疲劳性，同时避免金属植入物的影像干扰问题。

表面活性创新：专为骨整合设计，功能性添加剂直接暴露于植入体表面，省去二次加工环节，显著提升骨细胞附着效率。

严苛质控：在生产过程中遵循了严格的生物材料质量管控规定。

3D打印兼容性：专为熔丝制造（FFF）优化，可精准定制复杂结构的植入物。

让骨骼修复进入“定制时代”

增材制造（3D打印）技术为医疗植入物带来了革新性的可能性，不仅提供了更大的设计自由度、减少了材料浪费并减轻了植入物的重量，还显著提高了性能和患者满意度：

精准匹配：基于患者CT数据，打印出与缺损部位精密契合的植入物，误差<0.5mm。

多孔结构优化：可控的孔隙率（5-500μm）促进血管和骨组织长入，实现生物固定。

快速生产：从扫描到植入物成型，传统工艺需数周，3D打印可缩短至几天。

目前，这类技术已成功应用于脊柱融合、颅颌面修复、关节置换等领域。例如，国内首张3D打印PEEK椎间融合器注册证——即采用了APIUM医疗3D打印机和赢创的VESTAKEEP®材料，标志着个性化医疗的新里程碑。

从自然到科技，磷酸钙的关键使命

5亿年前，生命在海洋中开始矿化实验；今天，人类用同样的智慧修复自己的身体。磷酸钙从骨骼的基础材料，进化成为现代医学的生物活性界面，而3D打印技术则让这一过程更加精准、高效。

未来，随着智能释放材料、生物打印技术的进步，我们或许能实现真正的“仿生骨骼”——不仅替代缺损，还能动态参与代谢与修复。这场跨越亿年的材料革命，仍在继续。

参考文献：

1. Wu, D.H.; Caroline, P.; Carolyn, G.F. Chemical and Physiological Change from Calcium Carbonate to Calcium Phosphate in Skeletal Structures. Journal of Evolutionary Biology 2021, 34(5), 721-733. DOI:10.1111/jeb.13822

2. Evonik Medical Whitepaper. VESTAKEEP® iC4800 3DF Technical Dossier (Version 2.3). Germany: Evonik Operations GmbH, 2023. (Available upon request)

3. Melchels, F.P.W.; et al. Additively manufactured patient-specific implants in craniomaxillofacial surgery. Nature Biomedical Engineering 2021, 5, 793-804. DOI:10.1038/s41551-021-00709-8