محققان علم مواد در مؤسسه فناوری فدرالETH  زوریخ در سوئیس روشی مبتنی بر تکنولوژی ساخت افزایشی را برای ساخت داربست منیزیم با تخلخل منظم توسعه داده اند.

در حالی که منیزیم به عنوان ماده معدنی توسط بدن قابل جذب است به دلیل ماهیت بسیار اکسیداتیو بودن پردازش آن توسط تکنیک های معمولی پرینت سه بعدی بسیار چالش برانگیز است. محققان  مؤسسه فناوری فدرالETH  زوریخ با استفاده از یک الگوی نمکی پرینت سه بعدی شده موفق شدند ضمن حفظ پایداری مکانیکی ساختار های منیزیمی با منافذ معین ایجاد کند.

 

قالب های نمکی پرینت سه بعدی شده گزینه ای مناسب برای ساخت ایمپلنت های پزشکی

با استفاده از این روش می توان اشکال پیچیده کنترل شده ای را تولید کرد. این ساختار ها به عنوان قالب هایی برای سنگشویی نمک ایده آل می باشند. اگرچه این کار در حال حاضر در مراحل ابتدایی می باشد اما این داربست های منیزیمی پتانسیل استفاده برای ساخت ایمپلنت های استخوانی قابل جذب توسط بدن انسان را دارند.

ایمپلنت های فلزی به طور معمول در درمان شکستگی های پیچیده استخوان یا حتی از بین رفتن بخش های استخوانی استفاده می شوند. پیش از این دانشمندان ایمپلنت های پرینت سه بعدی شده ای را با استفاده از مواد مرسوم مانند تیتانیوم bioinert و PEKK تولید کرده اند. با این حال در هنگام استفاده از این ایمپلنت های فلزی، اغلب به یک عمل جراحی ثانویه برای برداشتن آن نیاز است.

ایمپلنت های ساخته شده از فلزات سبک می توانند در بدن تخریب شده و به عنوان یک ماده معدنی جذب شوند. استفاده از منیزیم تجزیه پذیر و آلیاژهای آن جایگزینی مناسب برای مواد ایمپلنت هستند تا نیاز به برداشتن را مرتفع سازند.

طراحی ایمپلنت ها جهت حمایت از بازسازی استخوان، به سمت تقویت چسبندگی سلولی و رشد استخوان پیش می رود. تخلخل یکی از ویژگیهای اساسی در تشویق رشد سلولی است. شستشوی نمک یک روش معمول برای تهیه مواد متخلخل با انواع گسترده ای از مواد شیمیایی است. با این حال رویکرد این قالب معمولاً به ساخت تخلخل تصادفی و شکل های ماکروسکوپی نسبتاً ساده محدود می شود.

پرینت سه بعدی داربست منیزیم با تخلخل سفارشی

محققان ETH برای ایجاد یک ساختار متخلخل سفارشی یک الگوی نمکی را با استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی تولید کردند. از آنجا که سنگ نمک خالص برای پرینت سه بعدی نامناسب است، یک خمیر با پایه نمکی با تنظیم ترکیب سورفکتانت و حلال تولید می شود. سپس این خمیر به صورت لایه به لایه با تزریق مستقیم جوهر در ساختارهای شبیه به شبکه پرینت سه بعدی شد. با استفاده از فرآیند پرینت سه بعدی، قطرهای بست ها و فاصله بین الگوی نمکی را می توان تنظیم کرد.

 

برای افزایش استحکام مکانیکی بر روی ساختار نمک متعاقباً عملیات سینترینگ انجام می شود. در حین عملیات سینترینگ مواد ریز دانه به میزان قابل توجهی گرم می شوند. درجه حرارت برای حفظ ساختار قطعه کار به طور خاص در زیر نقطه ذوب خمیر انتخاب می شود.

در مرحله بعد منیزیم مذاب در تخلخل موجود در قالب های نمک خشک شده نفوذ می کند. پس از آن قالب های نمکی با انجام آبشویی با محلول آبی سدیم هیدروکسید حذف می شوند. با توجه به بسیار اکسیداتیو بودن این عملیات و فشار بخار بالا، انجام  آن با استفاده از تکنیک های مرسوم ساخت افزایشی بسیار چالش برانگیز است.

داربست های منیزیم به دست آمده پس از حذف نمک، تخلخل مناسب و کنترل شده ای دارند. Jörg Löffler استاد فیزیک و فناوری فلزات می گوید: “تخلخل به دست آمده از این روش از نظر مکانیکی بسیار پایدار بوده و به راحتی قابلیت شکل دادن است.”

کاربرد پرینت سه بعدی در زیست پزشکی

خواص مکانیکی قابل تنظیم و پتانسیل جذب شدن توسط بدن این داربست های منیزیمی را به گزینه ای مناسب برای ساخت ایمپلنت های پزشکی تبدیل کرده است. لوفتر افزود: “امکان کنترل اندازه، توزیع و جهت گیری منافذ موجود درون مواد در علم پزشکی تعیین کننده است زیرا سلول های استخوانی دوست دارند در این منافذ رشد کنند. رشد در منافذ به نوبه خود به تسریع ادغام ایمپلنت در استخوان کمک می کند”.

 

منبع: https://3dprintingindustry.com/

در صورت تمایل میتوانید فایل PDF این مقاله را در قسمت زیر دانلود و با ذکر منبع مورد استفاده قرار دهید.

تهیه و تنظیم از: پرینتر سه بعدی آیدیزاین