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科学家开发了一种新颖的骨植入物制造方法

2021-05-13 15:03:26 健康养生 来源:

Skoltech设计,制造和材料中心(CDMM)的科学家开发了一种设计和制造具有可控多孔结构的复杂形状的陶瓷骨植入物的方法,该方法大大提高了组织融合效率。他们的研究发表在《应用科学》杂志上。

陶瓷材料具有耐化学性,机械应力和耐磨性,这使其非常适合于骨植入物,这要归功于先进的3D打印技术,可以进行定制。使用各种多孔结构来确保植入物周围有效的细胞生长。为了使组织融合更有效,孔的大小应为几百微米,而植入物可能比孔大几个数量级。在现实生活中,具有特定多孔结构的植入物应在很短的时间内定制设计。由于植入物的内部结构复杂,传统的几何模型不能将对象表示限制在其表面。

由亚历山大·萨福诺夫(Alexander Safonov)教授领导的Skoltech科学家使用另一位Skoltech教授Alexander Pasko开发的功能表示(FRep)方法对植入物进行建模。“微结构的FRep建模具有很多优势,” Skoltech的研究科学家,该论文的合著者Evgenii Maltsev说道。“首先,FRep建模始终保证结果模型是正确的,这与CAD系统中传统的多边形表示法相反,在传统的多边形表示中,模型可能具有裂纹或不连续的小面。其次,它确保了结果微观结构的完全参数化,因此具有很高的可靠性。快速生成可变的3-D模型具有灵活性。第三,它提供了用于对各种网格结构进行建模的多种工具。”

在他们的研究中,科学家使用FRep方法设计圆柱形植入物,并使用立方菱形晶胞对细胞的微观结构进行建模。CDMM的增材制造实验室根据其设计进行了3D打印的陶瓷植入物,并在轴向压缩下对其进行了测试。

有趣的是,新方法能够改变多孔结构,从而生产出不同密度的植入物,以满足患者的个性化需求。


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