苏黎世联邦理工学院开发可生物可降解的矿物3D打印植入物

时间：2019-08-31 10:38 来源：中国3D打印网作者：中国3D打印网阅读：次

中国3D打印网8月31日讯，瑞士苏黎世联邦理工学院的材料研究人员开发了一种基于添加剂制造的程序，用于制造具有规则孔隙率的镁支架。虽然镁可以被身体吸收作为矿物质，但由于其高度氧化性质，通过常规3D打印技术进行处理是非常具有挑战性的。使用3D打印盐模板，苏黎世联邦理工学院的方法设法创造具有有序孔隙的镁结构，同时保持其机械稳定性。
使用这种方法可以生产复杂的受控形状，使结构成为盐浸出的模板。虽然这项工作目前只是一个概念证明，但这些镁支架具有制造生物可吸收骨植入物的潜力。
可生物降解的骨植入物
金属植入物通常用于治疗复杂骨折或甚至缺失骨部分。以前，科学家们使用传统材料（如bioinert钛和PEKK）进行3D打印植入。然而，这些金属通常需要第二次手术以移除植入物。

相比之下，由轻金属制成的植入物可以在体内生物降解并作为矿物质营养被吸收。不需要渲染植入物，可生物降解的镁及其合金作为植入材料是一种有吸引力的替代品。

为了支持骨再生，植入物设计旨在促进细胞粘附和向内生长。孔隙度是促进细胞生长的重要特征之一。盐浸是制备具有多种化学物质的多孔材料的常用技术。然而，其模板方法通常限于制造随机孔隙度和相对简单的宏观形状。

具有定制孔隙度的镁支架
为了创建一个定制的多孔结构，ETH研究人员3D打印了一个盐模板。由于纯食盐不适合3D打印，因此通过调节表面活性剂和溶剂的组成来改变盐基糊剂的流变性。然后通过直接墨水写入网格状结构逐层3D打印浆料。在印刷过程中可以调整盐模板的支柱直径和间距，从而允许结构从亚毫米到宏观尺度。为了提高机械强度，随后烧结盐结构。在烧结过程中，细粒材料被显着加热。为了保持工件的结构，特别选择温度低于焊膏的熔点。

该团队将NaCl与石蜡油和表面活性剂双（2-乙基己基）磺基琥珀酸钠盐结合，得到可印刷的糊状物。该浆料用于3D打印以产生所需的形状。将印刷的形状干燥并烧结，得到NaCl模板。图片来自ETH Zurich。
作为概念证明，然后将干燥和烧结的盐模板用镁熔体渗透。然后，通过用氢氧化钠水溶液浸提除去盐模板。由于其高度氧化性质和高蒸气压，这对于通过常规AM技术处理而言通常是非常具有挑战性的。除盐后获得的镁支架具有良好控制的有序孔隙度。 “以这种方式获得的渗透在机械上非常稳定，可以很容易地抛光，转动和成型，”金属物理与技术教授JörgLöffler说。

3D印刷的盐模板（左，刻度：1mm），在另一步骤中渗入镁熔体。在浸出盐之后，具有规则排列的孔的镁保留。图片来自ETH Zurich。
在生物医学中的应用

可调节的机械性能和可预测的人体生物吸收的潜力使得这些镁支架对于生物医学植入物具有吸引力。 “控制材料中孔径，分布和方向的可能性对于临床成功具有决定性作用，因为骨细胞喜欢长入这些毛孔，”Löffler说。毛孔的生长反过来又决定了植入物在骨骼中的快速整合。

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