付加製造により、生体活性ガラスセラミックを迅速かつ容易に作成できます。

付加製造により、生体活性ガラスセラミックを迅速かつ容易に作成できます。
出典: New Material Winner


生体活性ガラスは、組織工学、特に骨の置換に必要な多くの特性を備えた新興技術です。残念ながら、生体活性ガラスは、その固有の脆さによって制限を受けます。生体活性ガラスをガラスセラミックスに結晶化させると、生体活性ガラスの機械的特性は向上しますが、生体活性が低下したり遅延したりするため、新しい骨の成長が妨げられます。幸いなことに、研究者たちは、生体活性を失うことなく、部分的にまたは完全に結晶化した生体活性ガラスセラミックを形成する方法を発見しました。

3D プリントされたスキャフォールドの形態: A) 3D プリント後のグリーンボディ、B) 1000℃ で熱処理した後のガラスセラミックサンプル。画像クレジット: Elsayed 他、Journal of the American Ceramic Society/Wiley 生体活性ガラスセラミックスは、ガラスの生体活性とガラスセラミックスの強度をうまく組み合わせるように設計されています。初期のガラス配合は「ゴールドスタンダード」である Bioglass® 45S5 に近いもので、制御された 2 段階の熱処理によりガラスの内部結晶化が可能になります。

生体活性ガラスセラミックスは、生体活性ガラスに匹敵する生体適合性と抗菌性を備えているだけでなく、加工性と機械加工性も容易にします。生体活性ガラスは複雑な形状に成形することも、費用対効果の高い方法で発泡させることもできないため、商業的に入手できるのは粉末、顆粒、または小さなブロックに限られます。対照的に、製造業者はバイオ活性ガラスセラミックをさまざまな形状に製造することができますが、それにはコストのかかる後処理が必要です。

この研究は、イタリアのパドヴァ大学、エジプトの国立研究センター、ブラジルのサンカルロス連邦大学、ペンシルベニア州立大学の研究者らによって実施され、複雑な形状とフォームを持つ生体活性ガラスセラミックの低コスト製造を探求することを目的としていた。

研究では、アメリカセラミック協会フェローのエドガー・D・ザノット氏とパオロ・コロンボ氏を含む研究者らが、ポリマー由来のセラミックス(PDC)を使用し、3Dプリントと直接発泡によって生体活性ガラスセラミックス足場を作成した。 PDC は、原材料と加工コストを削減し、揮発性有機化合物の排出を削減する可能性があります。さらに、PDC のシングルステップ焼成によりサイクル時間が短縮され、再現性が向上します。

3D プリントされたスキャフォールドの構造: A) 焼成前の上面図 (プレセラミック)、B) 焼成後の上面図 (セラミック)、C) 焼成後のワイヤのサイズと間隔の詳細、D) 焼成後のエッジビュー。画像クレジット: Elsayed 他、Journal of the American Ceramic Society/Wiley 研究者らは、安価な市販のシリコン樹脂、炭酸カルシウムと炭酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムから始めて、生体活性ガラスセラミックに似た組成物を生成しました。その後、3D プリントと直接発泡技術を使用して、複雑なガラスセラミックの足場と成形フォームを作成しました。

彼らが焼成した試験部品は、多孔度が高く(60%~75%)、圧縮強度は足​​場が約7MPa、フォームが1.5~6MPaでした。研究者らは結論で、「適切な酸化物前駆体充填剤を含むプレセラミックポリマーを使用することで、ほぼ同一の結晶相を持つ生体活性ガラスセラミックを迅速かつ簡単な方法で直接合成できることを実証した」と述べている。

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