Forskere udviklede en ny metode til fremstilling af knogleimplantater

Forskere fra Skoltech Center for Design, Fremstilling, and Materials (CDMM) har udviklet en metode til at designe og fremstille kompleksformede keramiske knogleimplantater med en kontrollerbar porøs struktur, hvilket i høj grad forbedrer vævsfusionseffektiviteten. Deres forskning blev offentliggjort i tidsskriftet Anvendt Videnskab.

Keramiske materialer er modstandsdygtige over for kemikalier, mekanisk belastning, og bære, hvilket gør dem til en perfekt pasform til knogleimplantater, der kan specialfremstilles takket være avanceret 3-D printteknologi. Forskellige porøse strukturer bruges til at sikre effektiv cellevækst omkring implantatet. For at vævsfusion skal være mere effektiv, porerne skal have en størrelse på flere hundrede mikrometer, mens implantaterne kunne være større end porerne i flere størrelsesordener. I det virkelige liv, et implantat med en specifik porøs struktur bør specialdesignes inden for en meget kort tidsramme. Konventionel geometrisk modellering med objektrepræsentationen begrænset til dens overflade fungerer ikke her på grund af implantatets komplekse indre struktur.

Skoltech-forskere ledet af professor Alexander Safonov modellerede implantaterne ved hjælp af en funktionel repræsentation (FRep)-metode udviklet af en anden Skoltech-professor, Alexander Pasko. "FRep-modellering af mikrostrukturer har et væld af fordele, " kommenterer Evgenii Maltsev, en forskningsforsker ved Skoltech og medforfatter til papiret. "Først, FRep-modellering garanterer altid, at den resulterende model er korrekt, i modsætning til den traditionelle polygonale repræsentation i CAD-systemer, hvor modeller sandsynligvis har revner eller usammenhængende facetter. Sekund, det sikrer fuldstændig parametrisering af de resulterende mikrostrukturer og, derfor, høj fleksibilitet i den hurtige generation af variable 3D-modeller. Tredje, det tilbyder en mangfoldighed af værktøjer til modellering af forskellige mesh-strukturer."

I deres forskning, forskerne brugte FRep-metoden til at designe cylindriske implantater og en kubisk diamantcelle til at modellere den cellulære mikrostruktur. CDMM's Additive Manufacturing Lab 3-D-printede keramiske implantater baseret på deres design og testede dem under aksial kompression.

Interessant nok, den nye metode gør det muligt at ændre den porøse struktur, så der produceres implantater med forskellig tæthed, der imødekommer patientens individuelle behov.