3D-trykt saltskabelon til bioresorberbare knogleimplantater

Ved hjælp af en 3D-trykt saltskabelon, Det er lykkedes ETH -forskere at producere magnesium stilladser med struktureret porøsitet, der er velegnede til bioresorberbare knogleimplantater.

Til behandling af komplekse knoglebrud eller endda manglende knogledele, kirurger anvender typisk metalimplantater. I denne sammenhæng, et attraktivt alternativ til de traditionelle materialer som bioinert titanium er bionedbrydeligt magnesium og dets legeringer. Implantater fremstillet af sidstnævnte letmetal er fordelagtige, fordi de kan bionedbrydes i kroppen, som kan optage magnesium som et mineralsk næringsstof, gør en anden operation for fjernelse af implantat unødvendig. For at fremme hurtig helbredelse, design af implantater eller deres overflader skal rettes mod fremme af cellulær adhæsion eller endda i vækst. Materialeforskere fra Laboratory of Metal Physics and Technology og Complex Materials Group på ETH Zürich har derfor samarbejdet om at udvikle en ny procedure til fremstilling af magnesiumimplantater, der indeholder talrige strukturelt bestilte porer, men stadig bevarer deres mekaniske stabilitet. Denne udvikling er genstand for en kommende artikel i Advanced Materials.

Stilladser lavet af magnesium

For at skabe en porøs struktur trykte forskerne først en tredimensionel saltskabelon ved hjælp af en 3D-printer. Fordi ren, standard bordsalt er ikke egnet til udskrivning, de udviklede en gel-lignende saltpasta til dette formål. Strutdiametre og mellemrum i saltskabelonen kan skræddersyes til udskrivningsprocessen. For at opnå tilstrækkelig mekanisk styrke blev saltstrukturen efterfølgende sintret. Under sintringen opvarmes de finkornede materialer betydeligt, mens temperaturen vælges sikkert under pastaens smeltepunkt for at bevare emnets struktur.

Det næste trin var at infiltrere porerne med magnesiumsmeltning. "De på denne måde opnåede infiltrater er mekanisk meget stabile og kan let poleres, vendt og formet, "siger Jörg Löffler, Professor i metalfysik og teknologi i Institut for Materialer. Efter mekanisk formning opløste forskerne saltet, efterlader et rent magnesiumimplantat med mange, regelmæssigt strukturerede porer.

Afgørende for klinisk succes

"Muligheden for at kontrollere porestørrelsen, distribution og orientering i materialet er afgørende for klinisk succes, fordi knogleceller kan lide at vokse ind i disse porer, "siger Löffler. Vækst til porer er igen afgørende for den hurtige integration af implantatet i knogler.

Den nye procedure til fremstilling af disse skabelonstrukturer fra salt kan anvendes på andre materialer udover magnesium. Medforfattere Martina Cihova og Dr. Kunal Masania forventer, at processen også kan bruges til at skræddersy pore geometrier i polymerer, keramik og andre lette metaller.

Ideen om denne nye fremstillingsprocedure opstod inden for rammerne af kandidatafhandlingen af ​​Nicole Kleger, hvis undersøgelse blev støttet af et ETH Zurich Excellence Scholarship &Opportunity -stipendium. Hendes arbejde blev også tildelt ETH -medaljen for fremragende kandidatafhandlinger. Nicole Kleger er nu doktorand i Complex Materials Group hos ETH -professor André Studart, under hvis retning den oprindelige saltskabelon var 3-D trykt. I sit doktorafhandlingsprojekt udvikler Kleger nu 3D-udskrivningsproceduren yderligere.