Công nghệ in ba chiều (3D) đã nhận được sự quan tâm đáng kể trong lĩnh vực kỹ thuật xương vì nó có thể kiểm soát chính xác việc chế tạo các cấu trúc phức tạp với hình dạng tùy chỉnh, cấu trúc bên trong và bên ngoài, độ bền cơ học và hoạt động sinh học. Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một vật liệu sinh học tổng hợp mới bao gồm axit polylactic (PLA) và ống nano cao lanh (HNTs) chứa các hạt nano kẽm (PLA + H + Zn).

Trên bề mặt của stent in 3D kỵ nước, hai lớp huyết thanh bò thai (FBS) được phủ ở hai bên, và một lớp natri hydroxit được phủ ở giữa. Bôi một lớp gentamicin ở lớp ngoài cùng để ngăn ngừa nhiễm khuẩn. Giá thể được nuôi cấy trong môi trường nuôi cấy tế bào tiêu chuẩn, không bổ sung môi trường nuôi cấy tạo xương. Chiến lược sửa đổi bề mặt này cải thiện tính ưa nước của vật liệu và tăng cường độ kết dính của các tế bào. Các tiền nguyên bào nuôi cấy trên các giá thể này phân hóa thành nguyên bào xương, từ đó tạo ra ma trận collagen loại I và sự lắng đọng canxi sau đó.

Giàn giáo composite mayenite in 3D

Giàn giáo in 3D được tạo thành bởi thành phần có độ bền cơ học cao và có khả năng tạo xương. Ngoài ra, lớp kháng sinh phủ bên ngoài không chỉ giữ được đặc tính tạo xương của giàn phơi 3D mà còn làm giảm đáng kể sự phát triển của vi khuẩn. Mô hình sửa đổi bề mặt của nhà nghiên cứu làm cho việc chuẩn bị bề mặt vật liệu ưa nước và kháng khuẩn, cũng như tạo xương.

Theo Khảo sát Chăm sóc Sức khỏe Di động Quốc gia và báo cáo của Học viện Bác sĩ Phẫu thuật Chỉnh hình Hoa Kỳ, khoảng 6.8 triệu bệnh nhân yêu cầu điều trị y tế về các vấn đề chỉnh hình mỗi năm và hơn 2 triệu ca cấy ghép xương được thực hiện mỗi năm. Ghép xương tự thân được coi là tiêu chuẩn vàng để sửa chữa xương nhờ hiệu quả tuyệt vời trong việc dẫn truyền xương, hủy xương và tạo xương. Tuy nhiên, tự động cấy ghép có nhiều hạn chế. Chúng bao gồm khả năng sẵn có hạn chế, nhu cầu về các vết mổ để lấy mảnh ghép, điều này mang lại nguy cơ tụ máu, nhiễm trùng và đau thêm. Ghép xương đồng loại là một nguồn cấy ghép chỉnh hình khác. Gần một phần ba tổng số xương ghép được sử dụng ở Bắc Mỹ là ghép xương đồng loại. Tuy nhiên, xương đồng sinh có tác dụng tạo xương, nhưng khả năng tạo xương bị giảm, làm tăng nguy cơ gãy xương không sửa chữa và có nguy cơ nhiễm trùng. Ngoài ra, nguồn cung cấp hàng thủ công cũng bị hạn chế bởi quá trình tiền xử lý kéo dài. Dựa trên những lý do trên, các nhà nghiên cứu cần cấp thiết một phương pháp ghép xương sinh học mới có tính chất cơ học tốt, khả năng dẫn truyền xương và khả năng tạo xương.

Cấy ghép xương có thể được sản xuất bằng nhiều phương pháp, bao gồm ngâm muối, tạo bọt bằng hóa chất / khí, làm khô đông lạnh và thiêu kết. Tuy nhiên, các phương pháp này không thể kiểm soát chính xác kích thước lỗ chân lông, sự phân bố lỗ chân lông, độ xốp và sự kết nối giữa các lỗ chân lông. Xương là một mô xốp với nhiều lỗ liên kết với nhau cho phép di chuyển và tăng sinh tế bào, cũng như quá trình mạch máu. Do đó, khung xương phải mô phỏng hình dạng, cấu trúc và chức năng của xương để đảm bảo sự kết hợp của nó với các mô tự nhiên. Công nghệ in ba chiều đã nhận được sự quan tâm rộng rãi trong lĩnh vực tái tạo mô vì nó có thể tạo ra các cấu trúc phức tạp với hình dạng tùy chỉnh, cấu trúc bên trong và bên ngoài, cấu trúc vi mô được thiết kế trước, độ bền cơ học và hoạt động sinh học, và có thể mô phỏng hiệu quả các mô tự nhiên. Bằng cách sử dụng vật liệu sinh học tạo xương và thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính, công nghệ in 3D có thể tạo ra các cấu trúc tùy chỉnh với các đặc điểm mong muốn, do đó cải thiện quá trình tích hợp osseo và phục hồi chức năng mô.

Tại đây, các nhà nghiên cứu đã sử dụng ảo giác vì khả năng cải thiện đặc tính của vật liệu polyme và liên tục giải phóng các chất hoạt tính sinh học. HNT được nạp bằng các hạt nano kẽm. Kẽm là một trong những khoáng chất thiết yếu đóng vai trò quan trọng đối với sức khỏe của xương. Nó ảnh hưởng đến hoạt động của nhiều loại enzym, tổng hợp collagen và tổng hợp DNA, và đã được chứng minh là có tác dụng kích thích sự trao đổi chất của xương. Các hạt nano oxit kẽm cũng có các tác nhân hiệu quả và được biết đến, làm phân hủy màng tế bào vi khuẩn và tích tụ trong tế bào chất dẫn đến chết tế bào apoptotic. Vì vậy, kẽm được chọn làm lớp phủ của HNT và sau đó trộn với PLA để in 3D. Huyết thanh bò thai (FBS) và NaOH được sử dụng để cải thiện tính ưa nước trên bề mặt của stent in 3D. Các đặc tính cơ học và sự tương tác giữa tế bào và vật liệu của giàn giáo đã được nghiên cứu. Các nhà nghiên cứu cũng phủ một lớp kháng sinh gentamicin lên stent in 3D để ngăn ngừa ô nhiễm và đánh giá hiệu quả của thuốc sau ba tuần. Nghiên cứu này nhằm mục đích sản xuất giàn giáo in 3D để hỗ trợ tái tạo xương và ngăn ngừa ô nhiễm vi khuẩn, có thể được sử dụng trong điều trị lâm sàng các khuyết tật về xương.

HNTs

Kẽm nano (NP) được lắng đọng trên bề mặt của HNT thông qua sự phân hủy nhiệt của axetat kim loại, như thể hiện trong Hình 1. Kẽm oxit (ZnO) phản ứng với axit axetic ở 50 ° C, tiếp tục khuấy, và sau đó hỗn hợp được đun nóng đến sôi, trong thời gian đó axit axetic được thêm vào, và phản ứng kéo dài trong 12 giờ. Kẽm axetat (Zn (OAc) 2) thu được được lọc bằng giấy lọc Whatman # 1. Sau đó, 20 g kẽm (OAc) 2 và 10 g HNTs trong 50 ml nước khử ion được khuấy trong 12 giờ. Sau khi ly tâm, các hạt được thu thập và nung ở 350 ° C trong 2 giờ, dẫn đến sự phân hủy nhiệt của axetat kim loại trên bề mặt của HNTs (ZnO-HNTs).

3D in

Sử dụng máy in ENDER 3 để in 3D tất cả các loại dây tóc thành cấu trúc được thiết kế sẵn (hình vuông) ở nhiệt độ 225 ° C. Thiết kế hình vuông 6 × 6 × 2 mm, khẩu độ 0.6 mm, đường kính ô lưới bên trong là 0.6 mm.

Độ xốp

Độ xốp của đĩa in ba chiều được tính bằng phương pháp dịch chuyển chất lỏng. Một hình vuông 3D được ngâm trong 1.0 mL (V1) nước khử ion, sau đó chất lỏng đi vào các lỗ thông qua một loạt các sóng âm và xoáy. Đo thể tích toàn phần của nước DI bình phương (V2), sau khi loại bỏ nước, đo thể tích còn lại của nước DI tổng bình phương (V3).

Thử nén

Một thiết bị kiểm tra đơn vị quy mô đơn ở Waterloo, Ontario, Canada đã được sử dụng để thực hiện kiểm tra nén trên lưới in. Cảm biến lực 200n được sử dụng để nén hình vuông in 3D với tốc độ 10mm / phút. Biểu đồ phân bố ứng suất và biến dạng được ghi lại. Kiểm tra từng thành phần ít nhất ba lần.

Hình vuông in 3D xử lý bề mặt

Theo nghiên cứu trước đây (thông tin bổ sung), việc áp dụng một lớp phủ xen kẽ trên một hình vuông in 3D có thể cải thiện đáng kể tính ưa nước của bề mặt và thúc đẩy độ kết dính của tế bào. Do đó, các nhà nghiên cứu đã phủ một lớp phủ ba lớp lên đĩa in 3D. Trước khi phủ, mỗi đĩa được ngâm trong 75% isopropanol trong 10 phút và làm khô bằng không khí trong tủ cấy tế bào. Trong lớp đầu tiên, mỗi ô vuông được ngâm trong huyết thanh bò thai (FBS) trong 24 giờ; mỗi hình vuông được ngâm trong 10n NaOH trong 30 phút và rửa 3 lần bằng nước khử ion vô trùng; ở lớp cuối cùng, các hình vuông được ủ trong huyết thanh bò thai trong 24 giờ một lần nữa, Hình vuông có ba lớp phủ bánh sandwich được đánh dấu là FBS + NaOH + FBS.

Phân phối HNTs và các hạt nano kẽm trong sợi Polylactide

Trộn PLA với HNTs hoặc HNTs mạ kẽm (HNTs / Zn) để tạo sợi để in hình vuông PLA + HNTs và PLA + HNTs / Zn. Để xác định xem HNTs hoặc HNTs / Zn có được phân phối khắp PLA hay không, mặt cắt ngang của dây tóc được phân tích bằng EDS. Thành phần chính của axit polylactic là cacbon (C), được hiển thị trên màn hình. Silicon (Si) và nhôm (Al) là hai nguyên tố chính của HNTs. Có thể thấy chúng được phân bổ tốt trong dây tóc PLA. Kẽm nano được phủ trong HNTs ở 30% w / w, và sự phân bố của nó được EDS phát hiện. Phân tích EDS cho thấy HNTs và HNTs / Zn được phân bố đồng đều.

Hình dạng và đặc điểm bề mặt của khối in 3D

Tất cả các sợi được in thành một hình vuông được thiết kế trước, với khẩu độ 600 m × 600 m và chiều cao lớp là 600 m. Do giới hạn của máy in 3D được sử dụng, độ phân giải sẽ thay đổi một chút khi in. Một kính hiển vi tiêu điểm laser đã được sử dụng để xác định khẩu độ chính xác. Bằng cách đo 60 lỗ của 20 giàn giáo khác nhau, đường kính lỗ trung bình của giàn giáo in là 584.16 ± 95.28 (m) × 620.39 ± 93.03 (m) và độ rỗng là 60.22 ± 9.5%.

Cường độ nén

Để đánh giá sự đóng góp của HNTs trong việc tăng cường các đặc tính cơ học của PLA trong hình vuông in, các nhà nghiên cứu đã phân tích độ bền nén của stent in 3D, bất kể HNTs có được thêm vào hay không. Stent có tỷ lệ biến dạng cao hơn với HNTs (PLA + H và PLA + H + Zinc) và mô-đun nén trung bình cao hơn so với hình vuông không có HNTs (PLA), cho thấy rằng việc bổ sung HNTs chỉ làm tăng nhẹ nhưng không đáng kể độ đàn hồi và độ đàn hồi của PLA. Cường độ nén (Hình 6). Do giới hạn của thiết bị thử nghiệm, không có lực tác dụng tối đa (200 N) sau khi stent bị vỡ. Do đó, các nhà nghiên cứu không thể có được dữ liệu nén hoàn chỉnh. Đánh giá từ dữ liệu hiện tại, PLA có xu hướng nâng cao hiệu suất nén của PLA + H + Zn, nhưng việc tăng cường này không rõ ràng.

cuối cùng

Trong nghiên cứu này, hình vuông in 3D bao gồm PLA và HNT pha kẽm, có thể được sử dụng như một ứng dụng cấy ghép xương tiềm năng. Độ xốp của vật liệu này tương tự như mô xương của con người. Lớp phủ bánh sandwich FBS + NaOH + FBS độc đáo được áp dụng cho lưới in để tăng cường tính ưa nước và thúc đẩy sự kết dính và trao đổi chất của tế bào. Nếu không có sự bổ sung của các tác nhân tạo xương ngoại sinh, hình vuông PLA phủ bánh sandwich cũng có thể khiến nguyên bào xương biệt hóa thành nguyên bào xương. Ngoài ra, lớp gentamicin bao phủ bên ngoài giúp giảm nguy cơ nhiễm trùng mà không ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình hình thành xương. Vật liệu composite PLA + H + Zn được thiết kế mới cũng có độ bền cơ học và khả năng tạo xương tốt, và có thể được sử dụng làm vật liệu ứng cử viên để in 3D cấy ghép xương. Ngoài ra, chiến lược sửa đổi bề mặt được sử dụng trong nghiên cứu này cũng có thể được sử dụng cho các ứng dụng in 3D khác.

Liên kết đến bài viết này : Giàn giáo composite mayenite in 3D

Tuyên bố Tái bản: Nếu không có hướng dẫn đặc biệt, tất cả các bài viết trên trang web này là bản gốc. Vui lòng ghi rõ nguồn để tái bản: https: //www.cncmachiningptj.com


Giàn giáo composite mayenite in 3DPTJ® cung cấp đầy đủ các Độ chính xác tùy chỉnh máy gia công cnc trung quốc Dịch vụ. Chứng nhận ISO 9001: 2015 & AS-9100.
Xưởng gia công chuyên gia công các dịch vụ phục vụ ngành xây dựng và giao thông vận tải. Khả năng bao gồm cắt plasma và oxy-nhiên liệu, Gia công phù hợp, MIG và Đồ gá hàn phay chính xác Cnc nhôm tùy chỉnh, cuộn, lắp ráp, Máy cnc inox gia công tiện thân cây, cắt, và Dịch vụ gia công CNC Thụy Sĩ. Vật liệu được xử lý bao gồm carbon và Bộ phận tấm che gia công bằng thép không gỉ thụ động.
Hãy cho chúng tôi biết một chút về ngân sách dự án của bạn và thời gian giao hàng dự kiến. Chúng tôi sẽ cùng bạn lập chiến lược để cung cấp các dịch vụ hiệu quả nhất về chi phí nhằm giúp bạn đạt được mục tiêu của mình, Bạn có thể liên hệ trực tiếp với chúng tôi ( [email protected] ).

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *