蘇黎世聯邦理工學院開發可生物可降解的礦物3D打印植入物
時間：2019-08-31 10:38 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
中國3D打印網8月31日訊，瑞士蘇黎世聯邦理工學院的材料研究人員開發了一種基于添加劑制造的程序，用于制造具有規則孔隙率的鎂支架。雖然鎂可以被身體吸收作為礦物質，但由于其高度氧化性質，通過常規3D打印技術進行處理是非常具有挑戰性的。使用3D打印鹽模板，蘇黎世聯邦理工學院的方法設法創造具有有序孔隙的鎂結構，同時保持其機械穩定性。
使用這種方法可以生產復雜的受控形狀，使結構成為鹽浸出的模板。雖然這項工作目前只是一個概念證明，但這些鎂支架具有制造生物可吸收骨植入物的潛力。
可生物降解的骨植入物
金屬植入物通常用于治療復雜骨折或甚至缺失骨部分。以前，科學家們使用傳統材料（如bioinert鈦和PEKK）進行3D打印植入。然而，這些金屬通常需要第二次手術以移除植入物。
為了創建一個定制的多孔結構，ETH研究人員3D打印了一個鹽模板。由于純食鹽不適合3D打印，因此通過調節表面活性劑和溶劑的組成來改變鹽基糊劑的流變性。然后通過直接墨水寫入網格狀結構逐層3D打印漿料。在印刷過程中可以調整鹽模板的支柱直徑和間距，從而允許結構從亞毫米到宏觀尺度。為了提高機械強度，隨后燒結鹽結構。在燒結過程中，細粒材料被顯著加熱。為了保持工件的結構，特別選擇溫度低于焊膏的熔點。
作為概念證明，然后將干燥和燒結的鹽模板用鎂熔體滲透。然后，通過用氫氧化鈉水溶液浸提除去鹽模板。由于其高度氧化性質和高蒸氣壓，這對于通過常規AM技術處理而言通常是非常具有挑戰性的。除鹽后獲得的鎂支架具有良好控制的有序孔隙度。 “以這種方式獲得的滲透在機械上非常穩定，可以很容易地拋光，轉動和成型，”金屬物理與技術教授JörgLöffler說。
3D印刷的鹽模板（左，刻度：1mm），在另一步驟中滲入鎂熔體。在浸出鹽之后，具有規則排列的孔的鎂保留。圖片來自ETH Zurich。
在生物醫學中的應用
使用這種方法可以生產復雜的受控形狀，使結構成為鹽浸出的模板。雖然這項工作目前只是一個概念證明，但這些鎂支架具有制造生物可吸收骨植入物的潛力。
可生物降解的骨植入物
金屬植入物通常用于治療復雜骨折或甚至缺失骨部分。以前，科學家們使用傳統材料（如bioinert鈦和PEKK）進行3D打印植入。然而，這些金屬通常需要第二次手術以移除植入物。
相比之下，由輕金屬制成的植入物可以在體內生物降解并作為礦物質營養被吸收。不需要渲染植入物，可生物降解的鎂及其合金作為植入材料是一種有吸引力的替代品。
為了支持骨再生，植入物設計旨在促進細胞粘附和向內生長。孔隙度是促進細胞生長的重要特征之一。鹽浸是制備具有多種化學物質的多孔材料的常用技術。然而，其模板方法通常限于制造隨機孔隙度和相對簡單的宏觀形狀。
具有定制孔隙度的鎂支架為了創建一個定制的多孔結構，ETH研究人員3D打印了一個鹽模板。由于純食鹽不適合3D打印，因此通過調節表面活性劑和溶劑的組成來改變鹽基糊劑的流變性。然后通過直接墨水寫入網格狀結構逐層3D打印漿料。在印刷過程中可以調整鹽模板的支柱直徑和間距，從而允許結構從亞毫米到宏觀尺度。為了提高機械強度，隨后燒結鹽結構。在燒結過程中，細粒材料被顯著加熱。為了保持工件的結構，特別選擇溫度低于焊膏的熔點。
作為概念證明，然后將干燥和燒結的鹽模板用鎂熔體滲透。然后，通過用氫氧化鈉水溶液浸提除去鹽模板。由于其高度氧化性質和高蒸氣壓，這對于通過常規AM技術處理而言通常是非常具有挑戰性的。除鹽后獲得的鎂支架具有良好控制的有序孔隙度。 “以這種方式獲得的滲透在機械上非常穩定，可以很容易地拋光，轉動和成型，”金屬物理與技術教授JörgLöffler說。
3D印刷的鹽模板（左，刻度：1mm），在另一步驟中滲入鎂熔體。在浸出鹽之后，具有規則排列的孔的鎂保留。圖片來自ETH Zurich。
在生物醫學中的應用
可調節的機械性能和可預測的人體生物吸收的潛力使得這些鎂支架對于生物醫學植入物具有吸引力。 “控制材料中孔徑，分布和方向的可能性對于臨床成功具有決定性作用，因為骨細胞喜歡長入這些毛孔，”Löffler說。毛孔的生長反過來又決定了植入物在骨骼中的快速整合。
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