Technologia druku trójwymiarowego (3D) cieszy się dużym zainteresowaniem w dziedzinie inżynierii kostnej, ponieważ może precyzyjnie kontrolować wytwarzanie złożonych struktur o dostosowywanych kształtach, strukturach wewnętrznych i zewnętrznych, wytrzymałości mechanicznej i aktywności biologicznej. W ramach tych badań naukowcy zaprojektowali nowy biomateriał kompozytowy złożony z nanorurek kwasu polimlekowego (PLA) i kaolinu (HNT) zawierających nanocząstki cynku (PLA+H+Zn).

Na powierzchni hydrofobowego stentu wydrukowanego w 3D pokryto po obu stronach dwie warstwy płodowej surowicy bydlęcej (FBS), a pośrodku warstwę wodorotlenku sodu. Nałóż warstwę gentamycyny na zewnętrzną warstwę, aby zapobiec infekcji bakteryjnej. Rusztowanie hoduje się w standardowej pożywce do hodowli komórek, bez dodatku pożywki do hodowli osteogennej. Ta strategia modyfikacji powierzchni poprawia hydrofilowość materiału i zwiększa adhezję komórek. Pre-osteoblasty hodowane na tych rusztowaniach różnicują się w osteoblasty, które z kolei wytwarzają macierz kolagenu typu I, a następnie odkładanie wapnia.

Rusztowanie wydrukowane w 3D utworzone przez kompozycję ma wysoką wytrzymałość mechaniczną i może wywoływać tworzenie kości. Ponadto zewnętrzna powłoka antybiotyków nie tylko zachowuje właściwości kościotwórcze rusztowania 3D, ale także znacznie ogranicza rozwój bakterii. Model modyfikacji powierzchni opracowany przez badacza sprawia, że ​​preparat powierzchni materiału jest hydrofilowy i antybakteryjny, a także osteogenny.

Według National Mobile Health Care Survey i raportu Amerykańskiej Akademii Chirurgów Ortopedycznych, każdego roku około 6.8 miliona pacjentów zgłasza się na leczenie problemów ortopedycznych, a każdego roku przeprowadza się ponad 2 miliony przeszczepów kości. Autologiczne przeszczepy kostne są uważane za złoty standard w naprawie kości ze względu na ich doskonałą skuteczność w przewodnictwie kostnym, osteoindukcji i tworzeniu kości. Jednak autotransplantacja ma wiele ograniczeń. Obejmują one ograniczoną dostępność, konieczność wykonywania nacięć chirurgicznych w celu uzyskania przeszczepu, co wiąże się z dodatkowym ryzykiem krwiaka, infekcji i dodatkowego bólu. Innym źródłem przeszczepów ortopedycznych są przeszczepy alogeniczne kości. Prawie jedna trzecia wszystkich przeszczepów kostnych stosowanych w Ameryce Północnej to allogeniczne przeszczepy kostne. Jednak kość allogeniczna ma działanie osteokonduktywne, ale jej zdolność osteoindukcyjna jest zmniejszona, co zwiększa ryzyko braku zrostu po złamaniu i istnieje ryzyko infekcji. Ponadto podaż alloprzeszczepów jest również ograniczona przez długi proces obróbki wstępnej. Z powyższych powodów naukowcy pilnie potrzebują nowej metody bioinżynieryjnego przeszczepu kostnego o dobrych właściwościach mechanicznych, przewodności kostnej i zdolności osteogennej.

Implanty kostne można wytwarzać różnymi metodami, w tym zanurzaniem w soli, spienianiem chemicznym/gazowym, liofilizacją i spiekaniem. Jednak te metody nie mogą precyzyjnie kontrolować rozmiaru porów, rozkładu porów, porowatości i połączenia między porami. Kość to porowata tkanka z wieloma połączonymi ze sobą porami, które umożliwiają migrację i proliferację komórek, a także unaczynienie. Dlatego rusztowanie osteogenne powinno naśladować kształt, strukturę i funkcję kości, aby zapewnić jej połączenie z tkankami naturalnymi. Technologia druku trójwymiarowego cieszy się dużym zainteresowaniem w dziedzinie regeneracji tkanek, ponieważ może wytwarzać złożone struktury o niestandardowych kształtach, strukturach wewnętrznych i zewnętrznych, wstępnie zaprojektowanych mikrostrukturach, wytrzymałości mechanicznej i aktywności biologicznej oraz może skutecznie symulować naturalne tkanki. Dzięki zastosowaniu biomateriałów osteogennych i komputerowego wspomagania projektowania, technologia druku 3D może generować niestandardowe struktury o pożądanych właściwościach, poprawiając w ten sposób osteointegrację i przywracanie funkcji tkanek.

W tym przypadku naukowcy zastosowali haloizyt ze względu na jego znaną zdolność do ulepszania właściwości materiałów polimerowych i ciągłego uwalniania środków bioaktywnych. HNT jest obciążony nanocząstkami cynku. Cynk jest jednym z podstawowych minerałów, który odgrywa ważną rolę w zdrowiu kości. Wpływa na aktywność różnych enzymów, syntezę kolagenu i syntezę DNA oraz wykazano, że stymuluje metabolizm kości. Nanocząstki tlenku cynku mają również znane i skuteczne środki, które rozsadzają błony komórkowe bakterii i gromadzą się w cytoplazmie, prowadząc do apoptotycznej śmierci komórki. Dlatego cynk został wybrany jako powłoka HNT, a następnie zmieszany z PLA do drukowania 3D. Surowica płodowa bydlęca (FBS) i NaOH są stosowane do poprawy hydrofilowości powierzchni stentów drukowanych w 3D. Zbadano właściwości mechaniczne i interakcję komórka-materiał rusztowania. Naukowcy pokryli również wydrukowany w 3D stent antybiotykiem gentamycyną, aby zapobiec zanieczyszczeniu, i ocenili skuteczność leku po trzech tygodniach. Celem tych badań jest wytworzenie rusztowań drukowanych w 3D, które wspomagają regenerację kości i zapobiegają zanieczyszczeniu bakteryjnemu, które mogą znaleźć zastosowanie w klinicznym leczeniu ubytków kości.

HNT

Nanocynk (NP) osadza się na powierzchni HNT poprzez termiczny rozkład octanu metalu, jak pokazano na rysunku 1. Tlenek cynku (ZnO) reaguje z kwasem octowym w temperaturze 50°C, mieszanie jest kontynuowane, a następnie mieszanina ogrzewa się do wrzenia, w którym to czasie dodaje się kwas octowy, a reakcja trwa 12 godzin. Otrzymany octan cynku (Zn (OAc) 2) przesączono stosując bibułę filtracyjną Whatman #1. Następnie 20 g cynku (OAc)2 i 10 g HNT w 50 ml dejonizowanej wody mieszano przez 12 godzin. Po odwirowaniu cząstki zebrano i ogrzewano w 350°C przez 2 h, co spowodowało termiczny rozkład octanu metalu na powierzchni HNT (ZnO-HNT).

3D drukowanie

Użyj drukarki ENDER 3 do drukowania 3D wszystkich rodzajów filamentów we wcześniej zaprojektowanej strukturze (kwadrat) w temperaturze 225°C. Kwadratowa konstrukcja to 6×6×2 mm, przesłona 0.6 mm, a średnica wewnętrznej siatki 0.6 mm.

Porowatość

Porowatość trójwymiarowego drukowanego krążka obliczono metodą wypierania cieczy. Kwadrat 3D zanurza się w 1.0 ml (V1) dejonizowanej wody, a następnie płyn wnika do porów poprzez serię wirów i fal dźwiękowych. Zmierz całkowitą objętość wody DI (V2), po usunięciu wody, zmierz pozostałą objętość wody DI (V3).

Test kompresji

Jednoskalowe urządzenie do testów jednostkowych w Waterloo, Ontario, Kanada zostało użyte do przeprowadzenia testów kompresji na drukowanej siatce. Ogniwo obciążnikowe 200n zostało użyte do kompresji kwadratu wydrukowanego w 3D z prędkością 10 mm/min. Rejestruje się wykresy rozkładu odkształceń i naprężeń. Przetestuj każdy składnik co najmniej trzy razy.

Kwadrat drukowany w 3D obróbka powierzchniowa

Zgodnie z wcześniejszymi badaniami (informacje dodatkowe), nałożenie warstwy powłoki międzywarstwowej na kwadrat wydrukowany w 3D może znacznie poprawić hydrofilowość powierzchni i promować adhezję komórek. Dlatego naukowcy nałożyli trójwarstwową powłokę na wydrukowany w 3D dysk. Przed powlekaniem każdy krążek moczono w 75% izopropanolu przez 10 minut i suszono na powietrzu pod okapem do hodowli komórkowej. W pierwszej warstwie każdy kwadrat był moczony w płodowej surowicy bydlęcej (FBS) przez 24 godziny; każdy kwadrat był moczony w 10 n NaOH przez 30 minut i przemywany 3 razy sterylną wodą dejonizowaną; w ostatniej warstwie kwadraty inkubowano ponownie w płodowej surowicy bydlęcej przez 24 godziny. Kwadrat z trzema warstwami powłoki typu „sandwich” oznaczono jako FBS+NaOH+FBS.

Rozkład HNT i nanocząstek cynku w przędzy polilaktydowej

Wymieszaj PLA z HNT lub ocynkowanymi HNT (HNTs/Zn), aby uzyskać filamenty do drukowania PLA+HNTs i PLA+HNTs/Zn kwadratów. W celu określenia, czy HNT lub HNT/Zn są rozmieszczone w PLA, przekrój poprzeczny włókna analizowano za pomocą EDS. Głównym składnikiem kwasu polimlekowego jest węgiel (C), który jest wyświetlany na ekranie. Krzem (Si) i aluminium (Al) to dwa główne składniki HNT. Z rysunku widać, że są one dobrze rozprowadzone we włóknie PLA. Nanocynk został pokryty HNT w stężeniu 30% w/w, a jego dystrybucję wykrywano za pomocą EDS. Analiza EDS wykazała, że ​​HNT i HNT/Zn były równomiernie rozłożone.

Kształt i charakterystyka powierzchni bloków drukowanych w 3D

Wszystkie filamenty są drukowane we wcześniej zaprojektowanym kwadracie o aperturze 600 m×600 m i wysokości warstwy 600 m. Ze względu na ograniczenia zastosowanej drukarki 3D rozdzielczość zmienia się nieznacznie podczas drukowania. Do określenia dokładnej apertury użyto laserowego mikroskopu konfokalnego. Mierząc 60 otworów w 20 różnych rusztowaniach, średnia średnica porów nadrukowanego rusztowania wynosi 584.16±95.28 (m) × 620.39±93.03 (m), a porowatość wynosi 60.22±9.5%.

Wytrzymałość na ściskanie

Aby ocenić wkład HNT w poprawę właściwości mechanicznych PLA w wydrukowanym kwadracie, naukowcy przeanalizowali wytrzymałość na ściskanie wydrukowanego w 3D stentu, niezależnie od tego, czy dodano HNT. Stent ma wyższy współczynnik odkształcenia z HNT (PLA + H i PLA + H + cynk) i wyższy średni moduł ściskania niż kwadrat bez HNT (PLA), co wskazuje, że dodanie HNT spowodowało jedynie niewielki, ale nie znaczący wzrost elastyczność i elastyczność PLA. Wytrzymałość na ściskanie (rysunek 6). Ze względu na ograniczenia sprzętu badawczego po zerwaniu stentu nie ma maksymalnej siły (200 N). Dlatego badacze nie mogą uzyskać pełnych skompresowanych danych. Sądząc po aktualnych danych, PLA ma tendencję do zwiększania wydajności kompresji PLA+H+Zn, ale poprawa nie jest oczywista.

na zakończenie

W tym badaniu kwadrat wydrukowany w 3D składa się z PLA i HNT domieszkowanego cynkiem, które można wykorzystać jako potencjalne zastosowanie implantu kostnego. Porowatość tego materiału jest zbliżona do porowatości ludzkiej tkanki kostnej. Unikalna powłoka warstwowa FBS + NaOH + FBS jest nakładana na zadrukowaną siatkę, aby zwiększyć hydrofilowość i promować adhezję komórek i metabolizm. Bez dodatku egzogennych środków osteogennych, kwadratowy powlekany warstwowo PLA może również indukować różnicowanie osteoblastów w osteoblasty. Ponadto zewnętrzna powłoka gentamycyny zmniejsza ryzyko infekcji bez negatywnego wpływu na tworzenie kości. Nowo zaprojektowany materiał kompozytowy PLA + H + Zn ma również dobrą wytrzymałość mechaniczną i zdolność osteoindukcyjną i może być stosowany jako materiał kandydata do drukowania implantów kostnych w 3D. Ponadto strategia modyfikacji powierzchni zastosowana w tym badaniu może być również wykorzystana w innych zastosowaniach drukowania 3D.

Link do tego artykułu: Drukowane w 3D rusztowanie kompozytowe z majenitu

Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com

PTJ® zapewnia pełen zakres niestandardowej precyzji obróbka cnc Chiny usługi. Certyfikat ISO 9001:2015 i AS-9100.

Warsztat obróbki skrawaniem specjalizująca się w usługach prefabrykacji dla branży budowlanej i transportowej. Możliwości obejmują cięcie plazmowe i tlenowo-paliwowe, Obróbka na miarę, MIG i Niestandardowe aluminiowe urządzenie do precyzyjnego frezowania CNC do spawaniaformowanie rolkowe, montaż, Tokarka do obróbki stali nierdzewnej maszyna cnc wał, strzyżenie i Szwajcarskie usługi obróbki CNC. Obsługiwane materiały obejmują węgiel i Pasywacja Części pokrywy do obróbki stali nierdzewnej.

Opowiedz nam trochę o budżecie Twojego projektu i przewidywanym czasie realizacji. Opracujemy z Tobą strategię, aby zapewnić najbardziej opłacalne usługi, które pomogą Ci osiągnąć swój cel. Zapraszamy do bezpośredniego kontaktu z nami ( sprzedaz@pintejin.com ).