蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院使用3D打印鹽模板法，制備定制孔隙度的鎂支架

2019年9月2日，南極熊從外媒獲悉，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）的材料研究人員開(kāi)發(fā)了一種3D打印工藝流程，可以制備出具有規(guī)則孔隙率的鎂支架。

據(jù)悉，鎂是一種可以被人體吸收的礦物質(zhì)，但由于其活性強(qiáng)易氧化，因此通過(guò)常規(guī)3D打印技術(shù)來(lái)打印鎂是非常具有挑戰(zhàn)性的。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究出一種新的方法，他們使用3D打印鹽模板法來(lái)制備出具有有序孔隙的鎂結(jié)構(gòu)，同時(shí)保持其機(jī)械穩(wěn)定性。

雖然這項(xiàng)工作目前只是一個(gè)概念證明，但這些鎂支架具有制造生物可吸收骨植入物的潛力。

金屬植入物通常用于治療復(fù)雜骨折或甚至缺失骨部分。以前，科學(xué)家們使用傳統(tǒng)材料（如鈦和PEKK）進(jìn)行3D打印植入。這些植入體會(huì)一直在體內(nèi)存在，并且需要長(zhǎng)期服用抗排異藥物。

相比之下，由輕金屬制成的植入物可以在體內(nèi)生物降解并作為礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)被吸收�？缮�物降解的鎂及其合金作為植入材料是一種有吸引力的替代品。

為了支持骨再生，植入物設(shè)計(jì)旨在促進(jìn)細(xì)胞粘附和向內(nèi)生長(zhǎng)�？紫抖仁谴龠M(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)的重要特征之一。鹽浸是制備具有多種化學(xué)物質(zhì)的多孔材料的常用技術(shù)。然而，其模板方法通常限于制造隨機(jī)孔隙度和相對(duì)簡(jiǎn)單的宏觀形狀。

具有定制孔隙度的鎂支架

為了創(chuàng)建一個(gè)定制的多孔結(jié)構(gòu)，ETH研究人員3D打印了一個(gè)鹽模板。由于純食鹽不適合3D打印，因此通過(guò)調(diào)節(jié)表面活性劑和溶劑的組成來(lái)改變鹽基糊劑的流變性。然后通過(guò)直接墨水寫(xiě)入網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)逐層3D打印漿料。通過(guò)打印過(guò)程，可以調(diào)整鹽模板的支柱直徑和間距，從而允許結(jié)構(gòu)從亞毫米到宏觀尺度。

為了提高機(jī)械強(qiáng)度，隨后燒結(jié)鹽結(jié)構(gòu)。為了保持工件的結(jié)構(gòu)，特別選擇溫度低于焊膏的熔點(diǎn)。

△該團(tuán)隊(duì)將NaCl與石蠟油和表面活性劑雙（2-乙基己基）磺基琥珀酸鈉鹽結(jié)合，得到可打印的糊狀物。 該漿料用于3D打印以產(chǎn)生所需的形狀。 將打印的形狀干燥并燒結(jié)，得到NaCl模板。 圖片來(lái)自ETH Zurich。

作為概念證明，然后將干燥和燒結(jié)的鹽模板用鎂熔體滲透。 然后，通過(guò)用氫氧化鈉水溶液浸提除去鹽模板。 由于其高度氧化性質(zhì)和高蒸氣壓，這對(duì)于通過(guò)常規(guī)AM技術(shù)處理而言通常是非常具有挑戰(zhàn)性的。

除鹽后獲得的鎂支架具有良好控制的有序孔隙度。

△3D打印的鹽模板（左，刻度：1mm），在另一步驟中滲入鎂熔體。 在浸出鹽之后，具有規(guī)則排列的孔的鎂保留。 圖片來(lái)自ETH Zurich。

在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

可調(diào)節(jié)的機(jī)械性能和可預(yù)測(cè)的人體生物吸收的潛力使得這些鎂支架對(duì)于生物醫(yī)學(xué)植入物具有吸引力。 “控制材料中孔徑，分布和方向的可能性對(duì)于臨床成功具有決定性作用，因?yàn)楣羌?xì)胞喜歡長(zhǎng)入這些毛孔，”Löffler教授說(shuō)。 毛孔的生長(zhǎng)反過(guò)來(lái)又決定了植入物在骨骼中的快速整合。 此外，他的團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)該工藝可以擴(kuò)展到適應(yīng)聚合物，陶瓷和其他輕金屬的孔隙幾何形狀。

該篇研究論文“3D Printing of Salt as a Template for Magnesium with Structured Porosity”發(fā)表在《Advanced Materials》上。 它由Kleger N，Cihova M，Masania K，Studart AR，LöfflerJF共同撰寫(xiě)。

編譯自：3dprintingindustry