骨折固定のための 3D プリントされた永久インプラント可能な多孔質タンタルコーティング骨プレートの実験的研究

骨折固定のための 3D プリントされた永久インプラント可能な多孔質タンタルコーティング骨プレートの実験的研究
寄稿者: Shang Yan、Wang Fu 寄稿部署: 西安交通大学機械製造システム工学国家重点研究室


近年、タンタル金属は優れた生体活性により骨折内部固定において学者から大きな注目を集めていますが、その高い密度と弾性係数により臨床応用が制限されています。多孔質タンタル金属は上記の問題を解決できますが、製造コストが高いことや、医療画像データを使用してカスタマイズされたインプラントを製造できないなどの問題があります。これを踏まえて、研究者らは3Dプリント技術を使用して、上記の問題を解決するために骨の成長を促進できる多孔質のタンタルコーティング骨プレートを作製しました。

多孔質タンタルコーティング骨プレートの製造プロセスは、主に以下のステップを含む:a)非骨折側骨のCTデータに基づいて、海綿骨を模倣したpTi骨プレートの3次元幾何学モデルを確立する;b)Ti6Al4V球状粉末を原料として使用し、アルゴン保護雰囲気中で海綿骨のような構造を持つpTi金属骨プレートを印刷する;c)蒸着(CVD)技術を使用して、得られたpTi骨プレートの表面にタンタルコーティングを準備する。図 1A1 は、3D プリントされた pTi 骨プレートの顕微鏡的形態を示しています。孔径は 600±27μm、多孔度は約 75% です。1000 倍に拡大すると、pTi 表面が比較的滑らかで平坦であることがわかります (A2)。図 1 B1 から、pTi 表面には緻密なタンタルコーティングがあり、pTi 基板はタンタルコーティングで完全に覆われていることがわかります。多孔性タンタルコーティング骨プレートの孔径は550±42μm、多孔度は約70%である。タンタルコーティングを1000倍に拡大すると(図1B2)、タンタル粒子の凝集体がタンタルコーティングを形成していることがわかる。

図 1 (A1、A2) pTi 骨プレート、(B1、B2) タンタルコーティング pTi 骨プレート、(C1、C2) タンタルコーティング pTi 骨プレートの断面の走査型電子顕微鏡 (SEM) 画像図 2 骨プレートの機械的特性試験: (A) pTi 骨プレートとタンタルコーティング pTi 骨プレートの曲げ強度、(B) pTi 骨プレートとタンタルコーティング pTi 骨プレートの引張強度研究者らは、次に、多孔質タンタルコーティング骨プレートの生体力学的特性、in vitro 生体活性、および生体適合性を調べ、in vivo 動物実験を実施しました。結果は、骨プレートが応力遮蔽を生じさせることなく骨折を効果的に固定できることを示しました。従来の金属骨プレートと比較して、この新しい骨プレートは骨折の治癒を促進します。長期間のインプラント後、その構造は骨組織に悪影響を与えることなく宿主骨に統合されます。これらの結果は、多孔質タンタルコーティング骨プレートが骨折の潜在的な内部固定装置として実現可能で有効であることを示しています。
参考文献:

Liu Baoyi、Ma Zhijie、Li Junlei 他骨折固定のための3Dプリントされた永久インプラント可能な多孔質タンタルコーティング骨プレートの実験的研究[J]。Bioactive Materials、2021:09.009。


生物学、医療、インプラント、骨折

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