深セン先端技術研究所などは、生物学的3Dプリントを用いた骨のような放射状構造材料の精密構築に進歩を遂げた。

深セン先端技術研究所などは、生物学的3Dプリントを用いた骨のような放射状構造材料の精密構築に進歩を遂げた。
出典:深セン高等工科大学

2012 年 12 月、中国科学院深圳先進技術研究所医学研究所退化センターの Ruan Changshun、Pan Haobo、ハルビン工業大学の Fu Hongyaduo のチームが協力し、押し出し 3D 印刷で放射状の連続気孔制御を備えた天然骨組織「海綿骨 - 皮質骨」を模倣できる骨組織工学スキャフォールド構築戦略を提案しました。この戦略は、フラクタル理論と骨組織工学スキャフォールドのバイオ製造を組み合わせ、従来の押し出し 3D 印刷技術が放射状の勾配気孔構造を実現する際の難しさを克服しました。 関連する研究結果は、総合分野の権威ある雑誌「Research」に「フラクタルデザインが骨を模倣した放射状勾配スキャフォールドの押し出しベース 3D プリントを促進」というタイトルで掲載されました。ハルビン工業大学と中国科学院深圳先進科学研究所医学研究所の共同研究で博士課程を修了した屈華氏がこの論文の第一著者である。医学研究所の阮長順氏と潘浩波氏の両研究員とハルビン工業大学の傅紅雅教授が論文の責任著者である。


重大な骨欠損の修復は、整形外科が直面する大きな問題の一つであり、人々の健康と生活の質に深刻な影響を及ぼします。人間の自然な骨組織は、高多孔性の海綿骨と低多孔性の緻密骨で構成されており、緊密な放射状勾配構造をしています。骨インプラント修復材料において自然な骨組織の放射状勾配構造をどのように実現するかは、骨組織工学研究の分野では常に難しい問題でした。押し出し 3D 印刷は、操作が簡単、使用可能な材料の範囲が広い、セル印刷が容易などの利点があるため、広く使用されています。押し出されたフィラメントの直径や分布間隔などのパラメータを調整して軸方向の勾配孔を持つスキャフォールドを設計する文献はいくつかありますが、スキャフォールドの放射状勾配の変化の研究は依然として困難です。

△バイオニック放射状勾配骨組織工学スキャフォールドの設計概略図。これを踏まえ、チームはフラクタル理論に着想を得て、コッホ雪片の反復規則に基づいてフラクタルスキャフォールドのフラクタル曲線の単位線を設計および定義しました。フラクタル層は、フラクタル単位線を円形配列に配列することによって得られ、円形リング層は、押し出し 3D 印刷スタッキング プロセス中にフラクタル層をサポートするように設計されています。さらに、放射状勾配骨組織工学スキャフォールドをパラメトリックに構築するための「設計-分析-製造」ワークフローが確立されました。研究結果によると、構築されたバイオニック放射状勾配スキャフォールドは、細孔構造、透過性、機械的特性などにおいて優れた勾配特性を示すことが示されています。

このプロジェクトは、国家重点研究開発計画、国家自然科学基金、中国科学院青年促進協会、広東省、深セン基礎研究プロジェクトによって資金提供されました。



研究、論文、深圳先進技術研究所、天然骨組織の模倣

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