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科研动态
数字骨科修复用生物活性陶瓷人工骨的3D打印制造
作者:互联网  时间 :2015-06-10 浏览:294

    华南协同创新研究院3D打印材料研发中心赵娜如团队关于数字骨科修复用生物活性陶瓷人工骨的3D打印研究近日取得重大进展。生物活性陶瓷是第三代生物材料的一个重要组成部分,它在人体组织损伤修复方面有着巨大的应用前景,尤其在硬组织损伤修复方面更是其他材料所无法替代的。该团队针对如何实现生物活性陶瓷材料的精细三维打印快速成型,实现骨科大节段骨缺损数字化精确修复问题进行了大量研究。


该团队成功解决了以下三个问题:

(1)磷酸钙粉体原料的精确调控合成;
(2)磷酸钙料浆的可打印性,适当的浆料流动性和固化速度的精确控制, 减小干燥和烧成过程中的尺寸收缩等关键技术问题;
(3)三维打印成型工艺参数的调控,人工骨外形控制及内部三维多孔结构精确控制。
采用模板仿生合成技术制备了具有良好分散性能的β-磷酸三钙微球,生物活性玻璃亚微米球,羟基磷灰石微球等粉体原料。完成了高固相含量浆料的配制,打印工艺参数的调控,坯体烧结等实验。制备了高强度的生物陶瓷多孔人工骨。


图1 采用模板仿生合成技术制备的生物活性无机粉体a. β-磷酸三钙微球b. 生物活性玻璃亚微米球c. 羟基磷灰石微球


图2 不同结构三维多孔生物活性陶瓷



图3不同孔径β-磷酸三钙三维支架的SEM照片:预设孔径大小分别为(a)200μm;(b)300μm; (c)350μm; (d)550μm; (e)650μm; (f)400μm;(g)600μm;(h)800μm.
图3是使用0.4 mm直径的针头打印预设孔径为200μm、400μm、600μm、800μm的β-TCP三维支架的Micro-CT三维成像照片。可以看出,这些支架通过层间堆叠,具有良好的外形尺寸和三位连通孔结构;随预设纤维间距增大,平均孔径增大,孔隙率增加。