研究人员研究EBM骨板的机械性能和生物相容性

发布者:匿名 2019-06-03 浏览量:2147


来自沙特阿拉伯和英国曼彻斯特的研究人员通过电子束熔化(EBM)过程研究骨板的制造,并在“电子束熔化产生的拓扑优化金属骨板:机械和生物学研究”一文中概述了他们的发现。

作者提醒我们,虽然金属骨板可能通常在骨折后植入,但存在一些主要缺点主要是由于种植体/骨不匹配 这可能会限制愈合过程。使用EBM,研究团队的任务是制造刚度降低但机械性能相似的板材。

虽然锁定压缩板通常用于治疗骨折,但是当需要移除这种植入物时可能遇到挑战。在某些情况下,它们甚至可能导致再次骨折或神经受损。总是可以选择离开种植体,但研究人员指出,这种情况会导致腐蚀风险,金属离子释放到体内,甚至可能导致患者对可能致癌的材料发生反应。为了改进这些选择,研究人员在他们的研究中将以下内容结合起来:

增材制造

•计算机建模

•模拟

•优化

在这项研究中,实验板是使用物化Magics软件创建的,然后导出到Build Assemblerr中进行切片和上传。研究人员还创造了支撑结构,以增加板的稳定性,以及防止热应力和翘曲。EBM ARCAM A3用于制造板材。

a Arcam A2 EBM系统示意图。b Ti6Al4V粉末的扫描电镜研究

不仅要注意防止机械故障,还要注意防止变形。刚度值以骨板为特征,有四个、六个和八个孔。在每一个样本中,研究人员注意到刚度减小后体积增大减小。

“在数值和实验结果之间也取得了很好的近似,表明本研究中考虑的计算工具代表了在昂贵的制造和实验步骤之前设计和模拟其行为的可行方法”研究人员表示,“结果还表明拓扑优化是重新设计骨板的可行工具,降低了它们的等效刚度,从而降低了应力屏蔽效应。”

该研究仅限于“考虑拓扑优化骨板的机械稳定性”,但研究人员正在通过对塑料区域的分析来解决这一问题。

“大多数骨板具有较高的屈服应力,两个板(四孔75%体积减小板和六孔25%体积减小板)在屈服行为方面与商业板相似。两块与皮质骨具有相同杨氏模量的骨板产生的屈服应力约为商用骨板屈服强度的一半。但是,如果我们认为两块骨板产生所需的最大力分别为4191 N(6个孔,体积减少的75%)和5481 N(8个孔,体积减少的75%),这在临床上仍然是可以接受的,因为它相当于70公斤患者体重的6到8倍”研究表明。

表面硬度测量。EBM骨板样品上的硬度压痕。b压痕测量

通过EBM制造的钢板不需要进行任何后处理。这意味着消除

•残余应力

•表面处理

•抛光

研究人员表示,细胞活力研究还表明,与EBM平板相比,细胞接种14天后商业平板中存在大量死细胞。“这可以部分解释为商业骨板的表面地形。然而,需要进一步的研究来阐明离子释放和润湿性对细胞相互作用的作用

总之,研究人员指出,缺乏后处理处理的EBM部件也比商业板更具生物相容性。

虽然3D打印已经以某种形式为几乎所有行业带来了魔力,但医疗领域受到了极大的影响特别是在外科植入物设备和模型领域。研究人员已经能够为患者创造令人难以置信的新选择,从可溶性镁植入物到自动折叠植入物,甚至还有用于制造安全医疗设备的抗菌3D打印丝

表面硬度测量。EBM骨板样品上的硬度压痕。b压痕测量

[来源/图像:电子束熔化产生的拓扑优化金属骨板:机械和生物研究]

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