蘇黎世聯(lián)邦理工學院使用3D打印鹽模板法，制備定制孔隙度的鎂支架

2019年9月2日，南極熊從外媒獲悉，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院（ETH）的材料研究人員開發(fā)了一種3D打印工藝流程，可以制備出具有規(guī)則孔隙率的鎂支架。

據(jù)悉，鎂是一種可以被人體吸收的礦物質，但由于其活性強易氧化，因此通過常規(guī)3D打印技術來打印鎂是非常具有挑戰(zhàn)性的。蘇黎世聯(lián)邦理工學院研究出一種新的方法，他們使用3D打印鹽模板法來制備出具有有序孔隙的鎂結構，同時保持其機械穩(wěn)定性。

雖然這項工作目前只是一個概念證明，但這些鎂支架具有制造生物可吸收骨植入物的潛力。

金屬植入物通常用于治療復雜骨折或甚至缺失骨部分。以前，科學家們使用傳統(tǒng)材料（如鈦和PEKK）進行3D打印植入。這些植入體會一直在體內(nèi)存在，并且需要長期服用抗排異藥物。

相比之下，由輕金屬制成的植入物可以在體內(nèi)生物降解并作為礦物質營養(yǎng)被吸收�？缮�物降解的鎂及其合金作為植入材料是一種有吸引力的替代品。

為了支持骨再生，植入物設計旨在促進細胞粘附和向內(nèi)生長。孔隙度是促進細胞生長的重要特征之一。鹽浸是制備具有多種化學物質的多孔材料的常用技術。然而，其模板方法通常限于制造隨機孔隙度和相對簡單的宏觀形狀。

具有定制孔隙度的鎂支架

為了創(chuàng)建一個定制的多孔結構，ETH研究人員3D打印了一個鹽模板。由于純食鹽不適合3D打印，因此通過調節(jié)表面活性劑和溶劑的組成來改變鹽基糊劑的流變性。然后通過直接墨水寫入網(wǎng)格狀結構逐層3D打印漿料。通過打印過程，可以調整鹽模板的支柱直徑和間距，從而允許結構從亞毫米到宏觀尺度。

為了提高機械強度，隨后燒結鹽結構。為了保持工件的結構，特別選擇溫度低于焊膏的熔點。

△該團隊將NaCl與石蠟油和表面活性劑雙（2-乙基己基）磺基琥珀酸鈉鹽結合，得到可打印的糊狀物。 該漿料用于3D打印以產(chǎn)生所需的形狀。 將打印的形狀干燥并燒結，得到NaCl模板。 圖片來自ETH Zurich。

作為概念證明，然后將干燥和燒結的鹽模板用鎂熔體滲透。 然后，通過用氫氧化鈉水溶液浸提除去鹽模板。 由于其高度氧化性質和高蒸氣壓，這對于通過常規(guī)AM技術處理而言通常是非常具有挑戰(zhàn)性的。

除鹽后獲得的鎂支架具有良好控制的有序孔隙度。

△3D打印的鹽模板（左，刻度：1mm），在另一步驟中滲入鎂熔體。 在浸出鹽之后，具有規(guī)則排列的孔的鎂保留。 圖片來自ETH Zurich。

在生物醫(yī)學中的應用

可調節(jié)的機械性能和可預測的人體生物吸收的潛力使得這些鎂支架對于生物醫(yī)學植入物具有吸引力。 “控制材料中孔徑，分布和方向的可能性對于臨床成功具有決定性作用，因為骨細胞喜歡長入這些毛孔，”Löffler教授說。 毛孔的生長反過來又決定了植入物在骨骼中的快速整合。 此外，他的團隊預計該工藝可以擴展到適應聚合物，陶瓷和其他輕金屬的孔隙幾何形狀。

該篇研究論文“3D Printing of Salt as a Template for Magnesium with Structured Porosity”發(fā)表在《Advanced Materials》上。 它由Kleger N，Cihova M，Masania K，Studart AR，LöfflerJF共同撰寫。

編譯自：3dprintingindustry