ETHチューリッヒは3Dプリントの塩テンプレートを使用して、カスタマイズされた多孔性を持つマグネシウム足場を作成

ETHチューリッヒは3Dプリントの塩テンプレートを使用して、カスタマイズされた多孔性を持つマグネシウム足場を作成
2019年9月2日、アンタークティックベアは海外メディアから、スイス連邦工科大学チューリッヒ校(ETH)の材料研究者が、規則的な多孔性を持つマグネシウムの足場を製造できる3Dプリントプロセスを開発したことを知りました。

マグネシウムは人体に吸収されるミネラルであると言われていますが、その強い活性と酸化しやすい性質のため、従来の3Dプリント技術でマグネシウムを印刷することは非常に困難です。 ETH チューリッヒは、3D プリントの塩テンプレートを使用して、機械的安定性を維持しながら整然とした細孔を持つマグネシウム構造を生成する新しい方法を開発しました。

この研究は現時点では概念実証に過ぎませんが、これらのマグネシウム足場は生体吸収性骨インプラントを作成できる可能性があります。

金属インプラントは、複雑な骨折や骨の欠損部の治療によく使用されます。これまで、科学者たちはチタンやPEKKなどの従来の材料を使用してインプラントを3Dプリントしてきました。これらのインプラントは体内に永久に留まるため、長期にわたる拒絶反応抑制薬の投与が必要になります。

対照的に、軽金属で作られたインプラントは体内で生分解され、ミネラル栄養素として吸収されます。生分解性マグネシウムとその合金は、インプラント材料として魅力的な代替品です。

骨の再生をサポートするために、インプラントは細胞の接着と成長を促進するように設計されています。多孔性は細胞の成長を促進する重要な特性の 1 つです。塩浸出は、さまざまな化学物質を含む多孔質材料を調製するための一般的な手法です。しかし、テンプレートアプローチは通常、ランダムな多孔性と比較的単純なマクロ形状の製造に限定されています。

カスタマイズされた多孔性マグネシウムステント

オーダーメイドの多孔質構造を作成するために、ETH の研究者は塩のテンプレートを 3D プリントしました。純粋な食塩は 3D プリントには適していないため、界面活性剤と溶媒の組成を調整して、塩ベースのペーストのレオロジーを修正しました。次に、スラリーを直接インクで書き込むことで、グリッド状の構造に層ごとに 3D プリントしました。印刷プロセスを通じて、塩テンプレートの柱の直径と間隔を調整できるため、構造をミリメートル未満からマクロスケールまで拡大できます。

機械的強度を高めるために、塩構造はその後焼結されます。ワークピースの構造を維持するために、温度ははんだペーストの融点よりも低くなるように特別に選択されます。




△研究チームは、NaClとパラフィン油、界面活性剤ビス(2-エチルヘキシル)スルホコハク酸ナトリウム塩を組み合わせて、印刷可能なペーストを作りました。 このスラリーは、3D プリントで目的の形状を作成するために使用されます。 印刷された形状を乾燥させ、焼結して NaCl テンプレートを得ました。 画像はETHチューリッヒより。
概念実証として、乾燥して焼結した塩テンプレートにマグネシウム溶融物を浸透させました。 次に、塩テンプレートを水酸化ナトリウム水溶液で浸出させて除去しました。 非常に酸化性が高く、蒸気圧も高いため、従来の AM 技術で処理するのは非常に困難な場合が多くあります。

脱塩後に得られたマグネシウム足場は、よく制御された秩序だった多孔性を持っています。


△3Dプリントされた塩のテンプレート(左、スケール:1mm)。別のステップでマグネシウム溶融物を浸透させます。 塩を浸出させた後、規則的に並んだ細孔を持つマグネシウムが残ります。 画像はETHチューリッヒより。
バイオメディカルへの応用
調整可能な機械的特性と予測可能な人体生体吸収の可能性により、これらのマグネシウム足場はバイオメディカルインプラントとして魅力的です。 「骨細胞はこれらの孔の中で成長しやすいため、材料内の孔の大きさ、分布、方向を制御できるかどうかが臨床的成功の決め手となる」とレフラー教授は言う。 気孔の成長によって、インプラントが骨に速やかに統合されるかどうかが決まります。 さらに、彼のチームは、このプロセスを拡張して、ポリマー、セラミック、その他の軽金属の細孔形状に対応できると予想しています。

研究論文「構造化された多孔性を持つマグネシウムのテンプレートとしての塩の3Dプリント」がAdvanced Materialsに掲載されました。 Kleger N、Cihova M、Masania K、Studart AR、Löffler JF が共同執筆しました。

出典: 3dprintingindustry


インプラント、生物学、医学、セラミックス、臨床

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