טכנולוגיית הדפסה תלת מימדית (3D) זכתה לתשומת לב רבה בתחום הנדסת העצם מכיוון שהיא יכולה לשלוט במדויק בייצור של מבנים מורכבים עם צורות הניתנות להתאמה אישית, מבנים פנימיים וחיצוניים, חוזק מכני ופעילות ביולוגית. במחקר זה, החוקרים תכננו חומר ביו-מרוכב חדש המורכב מחומצה פולילקטית (PLA) וננו-צינורות קאולין (HNTs) המכילים ננו-חלקיקי אבץ (PLA+H+Zn).

על פני הסטנט המודפס 3D הידרופובי, כוסו שתי שכבות של סרום בקר עוברי (FBS) משני הצדדים, ושכבת נתרן הידרוקסיד צופה באמצע. יש למרוח שכבה של גנטמיצין על השכבה החיצונית ביותר כדי למנוע זיהום חיידקי. הפיגום מטופל במצע תרבית תאים סטנדרטי, ללא תוספת של מצע תרבית אוסטאוגני. אסטרטגיית שינוי פני השטח משפרת את ההידרופיליות של החומר ומשפרת את הידבקות התאים. הפרה-אוסטאובלסטים המתורבתים על פיגומים אלו מתמיינים לאוסטאובלסטים, אשר בתורם מייצרים מטריצת קולגן מסוג I ובעקבותיו שקיעת סידן.

הפיגום המודפס בתלת מימד שנוצר על ידי הרכב בעל חוזק מכני גבוה ובעל פוטנציאל לגרום להיווצרות עצם. בנוסף, הציפוי החיצוני של אנטיביוטיקה לא רק שומר על תכונות יוצרות העצם של הפיגום התלת-ממדי, אלא גם מפחית באופן משמעותי את צמיחת החיידקים. מודל שינוי פני השטח של החוקר הופך את הכנת משטח החומר להידרופילית ואנטי בקטריאלית, כמו גם אוסטאוגנית.

על פי סקר הבריאות הנייד הלאומי והדו"ח של האקדמיה האמריקאית למנתחים אורטופדיים, כ-6.8 מיליון מטופלים מבקשים מדי שנה טיפול רפואי לבעיות אורטופדיות, ויותר מ-2 מיליון השתלות עצם מבוצעות מדי שנה. השתלות עצם אוטולוגיות נחשבות לתקן הזהב לתיקון עצם בשל הביצועים המצוינים שלהן בהולכת עצם, אוסטאואינדוקציה ויצירת עצם. עם זאת, להשתלה אוטומטית יש מגבלות רבות. אלה כוללים זמינות מוגבלת, צורך בחתכים ניתוחיים להשגת השתל, מה שמביא סיכונים נוספים להמטומה, זיהום וכאבים נוספים. השתלות עצם אלוגניות הן מקור נוסף להשתלה אורטופדית. כמעט שליש מכלל השתלות העצם המשמשות בצפון אמריקה הן השתלות עצם אלוגניות. עם זאת, לעצם אלוגני יש השפעה אוסטאו-מוליכה, אך היכולת האוסטאו-אינדוקטיבית שלה מופחתת, מה שמגביר את הסיכון לאי-איחוד של תיקון שבר, וקיים סיכון לזיהום. בנוסף, היצע השתלים מוגבל גם על ידי תהליך הטיפול המקדים הארוך. בהתבסס על הסיבות הנ"ל, החוקרים זקוקים בדחיפות לשיטה חדשה של השתלת עצם מהונדסת ביולוגית עם תכונות מכניות טובות, מוליכות עצם ויכולת אוסטאוגנית.

ניתן לייצר שתלי עצם במגוון שיטות, לרבות טבילת מלח, הקצף כימי/גז, ייבוש בהקפאה וסינטר. עם זאת, שיטות אלו אינן יכולות לשלוט במדויק על גודל הנקבוביות, חלוקת הנקבוביות, הנקבוביות והקישוריות בין הנקבוביות. עצם היא רקמה נקבובית עם נקבוביות רבות המחוברות זו לזו המאפשרות נדידת תאים והתפשטות, כמו גם כלי דם. לכן, הפיגום האוסטאוגני צריך לחקות את הצורה, המבנה והתפקוד של העצם כדי להבטיח איחוי עם רקמות טבעיות. טכנולוגיית ההדפסה התלת מימדית זכתה לתשומת לב רבה בתחום התחדשות הרקמות מכיוון שהיא יכולה לייצר מבנים מורכבים עם צורות מותאמות אישית, מבנים פנימיים וחיצוניים, מבנים מיקרו מתוכננים מראש, חוזק מכני ופעילות ביולוגית, ויכולה לדמות ביעילות רקמות טבעיות. על ידי שימוש בחומרים ביולוגיים אוסטאוגניים ועיצוב בעזרת מחשב, טכנולוגיית הדפסת תלת מימד יכולה ליצור מבנים מותאמים אישית עם מאפיינים רצויים, ובכך לשפר את האוסאואינטגרציה ואת התאוששות תפקוד הרקמה.

כאן, החוקרים השתמשו בהלואיסיט בגלל יכולתו הידועה לשפר את התכונות של חומרים פולימריים ולשחרר באופן רציף חומרים ביו-אקטיביים. HNT עמוס בננו-חלקיקי אבץ. אבץ הוא אחד המינרלים החיוניים הממלאים תפקיד חשוב בבריאות העצם. הוא משפיע על פעילותם של מגוון אנזימים, סינתזת קולגן וסינתזת DNA, והוכח כממריץ את חילוף החומרים של העצם. לננו-חלקיקי תחמוצת אבץ יש גם חומרים ידועים ויעילים, המפרקים את קרומי התא החיידקיים ומצטברים בציטופלזמה המובילים למוות של תאים אפופטוטיים. לכן, אבץ נבחר כציפוי של HNT ולאחר מכן מעורבב עם PLA להדפסת תלת מימד. סרום בקר עוברי (FBS) ו-NaOH משמשים לשיפור ההידרופיליות של פני השטח של סטנטים מודפסים בתלת מימד. התכונות המכניות והאינטראקציה בין תא לחומר של הפיגום נחקרו. החוקרים גם ציפו את הסטנט המודפס בתלת מימד באנטיביוטיקה גנטמיצין כדי למנוע זיהום, והעריכו את יעילות התרופה לאחר שלושה שבועות. מחקר זה נועד לייצר פיגומים מודפסים בתלת מימד כדי לתמוך בהתחדשות העצם ולמנוע זיהום חיידקי, אשר עשוי לשמש בטיפול קליני בפגמים בעצמות.

HNTs

ננו-אבץ (NPs) מופקד על פני השטח של HNT באמצעות פירוק תרמי של מתכת אצטט, כפי שמוצג באיור 1. תחמוצת אבץ (ZnO) מגיבה עם חומצה אצטית ב-50 מעלות צלזיוס, ערבוב נמשך, ולאחר מכן התערובת מחומם לרתיחה, שבמהלכו מוסיפים חומצה אצטית, והתגובה נמשכת 12 שעות. אבץ אצטט שהתקבל (Zn (OAc) 2) סונן באמצעות נייר סינון Whatman #1. לאחר מכן, 20 גרם של אבץ (OAc) 2 ו-10 גרם של HNTs ב-50 מ"ל של מים דה-יונים היו בוחשים במשך 12 שעות. לאחר צנטריפוגה, החלקיקים נאספו וחוממו ב-350 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות, וכתוצאה מכך לפירוק תרמי של אצטט מתכת על פני השטח של HNTs (ZnO-HNTs).

הדפסת 3D

השתמש במדפסת ENDER 3 כדי להדפיס בתלת מימד את כל סוגי החוטים למבנה מתוכנן מראש (מרובע) בטמפרטורה של 3 מעלות צלזיוס. העיצוב הריבועי הוא 225×6×6 מ"מ, הצמצם הוא 2 מ"מ, וקוטר הרשת הפנימית הוא 0.6 מ"מ.

נקבוביות

הנקבוביות של הדיסק המודפס התלת מימדי חושבה בשיטת תזוזת הנוזל. ריבוע תלת-ממדי טובל ב-3 מ"ל (V1.0) של מים מופחתים, ואז הנוזל נכנס לנקבוביות דרך סדרה של מערבולת וגלי קול. מדוד את הנפח הכולל של הסכום הריבועי DI מים (V1), לאחר הוצאת המים, מדוד את הנפח הנותר של הסכום הריבועי DI מים (V2).

בדיקת דחיסה

מכשיר בדיקה יחידה בקנה מידה יחיד בווטרלו, אונטריו, קנדה שימש לביצוע בדיקות דחיסה על הרשת המודפסת. נעשה שימוש בתא עומס של 200n כדי לדחוס את הריבוע המודפס בתלת מימד במהירות של 3 מ"מ לדקה. גרפי התפלגות המתח והמתח נרשמים. בדוק כל מרכיב לפחות שלוש פעמים.

ריבוע מודפס בתלת מימד טיפול שטח

על פי מחקרים קודמים (מידע משלים), מריחת שכבת ציפוי בין-שכבת על ריבוע מודפס בתלת-ממד יכולה לשפר משמעותית את ההידרופיליות של פני השטח ולקדם הידבקות תאים. לכן, החוקרים יישמו ציפוי תלת-שכבתי על הדיסק המודפס בתלת-ממד. לפני הציפוי, כל דיסק הושרה ב-3% איזופרופנול למשך 3 דקות ויובש באוויר במנדף תרבית תאים. בשכבה הראשונה, כל ריבוע הושרה בסרום בקר עוברי (FBS) למשך 75 שעות; כל ריבוע הושרה ב-10n NaOH למשך 24 דקות ונשטף 10 פעמים במים סטריליים מפושטים; בשכבה האחרונה, הריבועים הודגרו בסרום בקר עוברי למשך 30 שעות שוב, הריבוע עם שלוש שכבות של ציפוי סנדוויץ' מסומן כ-FBS+NaOH+FBS.

הפצה של HNTs וננו-חלקיקי אבץ בחוט פולילקטיד

מערבבים PLA עם HNTs או HNTs מגולוונים (HNTs/Zn) ליצירת חוטים להדפסת ריבועי PLA+HNT ו-PLA+HNTs/Zn. על מנת לקבוע אם HNTs או HNTs/Zn מופצים ברחבי ה-PLA, חתך החוט נותח על ידי EDS. המרכיב העיקרי של חומצה פולילקטית הוא פחמן (C), המוצג על המסך. סיליקון (Si) ואלומיניום (Al) הם שני היסודות העיקריים של HNTs. ניתן לראות מהאיור שהם מפוזרים היטב בחוט PLA. הננו-אבץ היה מצופה ב-HNTs ב-30% w/w, והתפלגותו זוהתה על ידי EDS. ניתוח EDS הראה כי HNTs ו-HNTs/Zn חולקו באופן שווה.

הצורה ומאפייני פני השטח של בלוקים מודפסים בתלת מימד

כל החוטים מודפסים לריבוע מעוצב מראש, עם צמצם של 600 מ'×600 מ', וגובה שכבה של 600 מ'. בשל המגבלה של מדפסת התלת מימד בשימוש, הרזולוציה משתנה מעט בעת ההדפסה. מיקרוסקופ קונפוקאלי לייזר שימש כדי לקבוע את הצמצם המדויק. על ידי מדידת 3 חורים של 60 פיגומים שונים, קוטר הנקבוביות הממוצע של הפיגום המודפס הוא 20±584.16 (מ')×95.28±620.39 (מ'), והנקבוביות היא 93.03±60.22%.

חוזק לחיצה

על מנת להעריך את תרומתם של HNTs לשיפור התכונות המכניות של PLA בריבוע המודפס, החוקרים ניתחו את חוזק הלחיצה של הסטנט המודפס בתלת מימד, ללא קשר לשאלה אם נוספו HNTs. לסטנט יחס מתח גבוה יותר עם HNTs (PLA + H ו- PLA + H + Zinc) ומודול לחיצה ממוצע גבוה יותר מאשר הריבוע ללא HNTs (PLA), מה שמעיד על כך שתוספת של HNTs גרמה רק לעלייה קלה אך לא משמעותית ב הגמישות והאלסטיות של ה-PLA. חוזק לחיצה (איור 3). בשל מגבלת ציוד הבדיקה, אין כוח מופעל מרבי (6 N) לאחר שבירת הסטנט. לכן, חוקרים אינם יכולים לקבל נתונים דחוסים מלאים. אם לשפוט מהנתונים הנוכחיים, ל-PLA יש נטייה לשפר את ביצועי הדחיסה של PLA+H+Zn, אך השיפור אינו ברור.

לסיכום

במחקר זה, הריבוע המודפס בתלת-ממד מורכב מ-PLA ו-HNT מסומם באבץ, שיכול לשמש כיישום פוטנציאלי להשתלת עצם. הנקבוביות של חומר זה דומה לזו של רקמת עצם אנושית. ציפוי הסנדוויץ' הייחודי FBS+NaOH+FBS מוחל על הרשת המודפסת כדי לשפר את ההידרופיליות ולקדם הידבקות וחילוף חומרים של תאים. ללא תוספת של חומרים אוסטאוגניים אקסוגניים, ריבוע ה-PLA המצופה בכריך יכול גם לגרום לאוסטאובלסטים להתמיין לאוסטאובלסטים. בנוסף, הציפוי החיצוני של גנטמיצין מפחית את הסיכון לזיהום מבלי להשפיע לרעה על יצירת העצם. לחומר המרוכב החדש, PLA+H+Zn, יש גם חוזק מכני טוב ויכולת אוסטאו-אינדוקטיבית, והוא יכול לשמש כחומר מועמד להדפסת תלת מימד של שתלי עצם. בנוסף, אסטרטגיית שינוי פני השטח המשמשת במחקר זה יכולה לשמש גם עבור יישומי הדפסת תלת מימד אחרים.

קישור למאמר זה: פיגום מרוכב של מיאניט מודפס בתלת מימד

הצהרת הדפסה חוזרת: אם אין הנחיות מיוחדות, כל המאמרים באתר זה מקוריים. נא לציין את המקור להדפסה חוזרת: https://www.cncmachiningptj.com

PTJ® מספק מגוון רחב של דיוק מותאם אישית עיבוד cnc סין שירותי.מוסמך ISO 9001:2015 &AS-9100.

חנות לעיבוד שבבי מתמחה בשירותי ייצור לענפי בנייה ותחבורה. היכולות כוללות חיתוך פלזמה וחיתוך דלק חמצן, עיבוד בהתאמה אישית, MIG ו מתאם אלומיניום ריתוך כרסום דיוק אלומיניום בהתאמה אישית, יצירת גלילים, הרכבה, מכונת עיבוד של מחרטה נירוסטה cnc פיר, גזירה ו שירותי עיבוד שבבי CNC Swiss. החומרים המטופלים כוללים פחמן ו חלקי לוחות כיסוי לעיבוד נירוסטה פסיבציה.

ספר לנו קצת על תקציב הפרויקט שלך וזמן האספקה ​​הצפוי. אנו נתכנן איתך אסטרטגיה כדי לספק את השירותים המשתלמים ביותר כדי לעזור לך להגיע ליעד שלך, אתה מוזמן לפנות אלינו ישירות ( sales@pintejin.com ).