Công nghệ in ba chiều (3D) đã nhận được sự chú ý đáng kể trong lĩnh vực kỹ thuật xương vì nó có thể kiểm soát chính xác việc sản xuất các cấu trúc phức tạp với hình dạng có thể 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 ống đỡ động mạch in 3D kỵ nước, hai lớp huyết thanh bào thai bò (FBS) được phủ lên cả hai mặt và một lớp natri hydroxit được phủ ở giữa. Bôi một lớp gentamicin lên lớp ngoài cùng để ngăn ngừa nhiễm khuẩn. Giàn giáo được nuôi cấy trong môi trường nuôi cấy tế bào tiêu chuẩn, không bổ sung môi trường nuôi cấy tạo xương. Chiến lược biến đổi bề mặt này cải thiện tính ưa nước của vật liệu và tăng cường độ bám dính của tế bào. Các tiền nguyên bào xương được nuôi cấy trên các giàn giáo này biệt hóa thành các nguyên bào xương, từ đó tạo ra ma trận collagen loại I và sự lắng đọng canxi sau đó.

Giàn giáo in 3D được tạo thành từ chế phẩm này có độ bền cơ học cao và có khả năng thúc đẩy quá trình hình thành xương. Ngoài ra, lớp phủ kháng sinh bên ngoài không chỉ giữ được đặc tính tạo xương của giàn giáo 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 có tính 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 Phẫu thuật Chỉnh hình Hoa Kỳ, khoảng 6.8 triệu bệnh nhân yêu cầu điều trị y tế cho các vấn đề chỉnh hình mỗi năm và hơn 2 triệu ca ghép xương được thực hiện mỗi năm. Ghép xương tự thân được coi là tiêu chuẩn vàng cho việc sửa chữa xương do hiệu quả tuyệt vời của chúng trong việc dẫn truyền xương, tạo xương và hình thành xương. Tuy nhiên, cấy ghép tự thân có nhiều hạn chế. Chúng bao gồm sự sẵn có hạn chế, cần phải rạch phẫu thuật để lấy mảnh ghép, điều này mang lại thêm 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 xương ghép đồng loại. Tuy nhiên, xương đồng loại có tác dụng dẫn truyền xương, nhưng khả năng dẫn truyền xương của nó bị giảm, làm tăng nguy cơ không liền xương khi sửa chữa gãy xương và có nguy cơ nhiễm trùng. Ngoài ra, việc cung cấp mảnh ghép đồng loài cũng bị hạn chế bởi quá trình tiền xử lý kéo dài. Xuất phát từ những lý do trên, các nhà nghiên cứu rất cần một phương pháp ghép xương công nghệ sinh học mới có tính chất cơ học tốt, độ dẫn xương và khả năng tạo xương tốt.

Cấy ghép xương có thể được sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm ngâm muối, tạo bọt bằng hóa chất/khí, đông khô và thiêu kết. Tuy nhiên, những phương pháp này không thể kiểm soát chính xác kích thước lỗ chân lông, sự phân bố lỗ chân lông, độ xốp và khả năng kết nối giữa các lỗ chân lông. Xương là một mô xốp có nhiều lỗ thông với nhau cho phép di chuyển và tăng sinh tế bào cũng như tạo mạch. Do đó, giàn giáo tạo xương phải mô phỏng hình dạng, cấu trúc và chức năng của xương để đảm bảo sự hợp nhất 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 sẵn, độ bền cơ học và hoạt động sinh học, đồng thời 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, từ đó cải thiện quá trình tích hợp xương và phục hồi chức năng mô.

Tại đây, các nhà nghiên cứu đã sử dụng halloysite vì khả năng cải thiện tính chất của vật liệu polymer và liên tục giải phóng các chất hoạt tính sinh học đã được biết đến. HNT chứa các hạt nano kẽm. Kẽm là một trong những khoáng chất thiết yếu có vai trò quan trọng đối với sức khỏe của xương. Nó ảnh hưởng đến hoạt động của nhiều loại enzyme, tổng hợp collagen và tổng hợp DNA, và đã được chứng minh là có tác dụng kích thích chuyển hóa xương. Các hạt nano oxit kẽm cũng có các tác nhân được biết đến và hiệu quả, giúp phân hủy màng tế bào vi khuẩn và tích tụ trong tế bào chất dẫn đến chết tế bào theo chương trình. Vì vậy, kẽm được chọn làm lớp phủ của HNT và sau đó trộn với PLA để in 3D. Huyết thanh bò bào thai (FBS) và NaOH được sử dụng để cải thiện tính ưa nước bề mặt của stent in 3D. Các tính chất cơ học và tương tác tế bào-vật liệu của giàn giáo đã được nghiên cứu. Các nhà nghiên cứu cũng phủ gentamicin kháng sinh lên ống đỡ động mạch 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 xương.

HNT

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

3D in

Sử dụng máy in ENDER 3 để in 3D tất cả các loại sợi nhựa thành cấu trúc được thiết kế sẵn (hình vuông) ở nhiệt độ 225°C. Thiết kế hình vuông có kích thước 6 × 6 × 2 mm, khẩu độ 0.6 mm và đường kính của 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 xoáy và sóng âm. Đo tổng thể tích của nước bình phương DI (V2), sau khi loại bỏ nước, đo thể tích còn lại của tổng bình phương nước DI (V3).

Thử nén

Một thiết bị thử nghiệm đơn vị quy mô đơn ở Waterloo, Ontario, Canada đã được sử dụng để thực hiện thử nghiệm nén trên lưới in. Một cảm biến tải trọng 200n được sử dụng để nén hình vuông in 3D với tốc độ 10 mm/phút. Các biểu đồ phân bố biến dạng và ứng suất 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 hình vuông in 3D có thể cải thiện đáng kể tính ưa nước bề mặt và thúc đẩy độ bám dính của tế bào. Do đó, các nhà nghiên cứu đã áp dụng lớp phủ ba lớp lên đĩa in 3D. Trước khi phủ, mỗi đĩa được ngâm trong 75% isopropanol trong 10 phút và sấy khô trong tủ nuôi cấy tế bào. Ở lớp đầu tiên, mỗi ô vuông được ngâm trong huyết thanh bào thai bò (FBS) trong 24 giờ; mỗi ô vuông được ngâm trong NaOH 10n trong 30 phút và rửa 3 lần bằng nước khử ion vô trùng; ở lớp cuối cùng, các hình vuông lại được ủ trong huyết thanh bào thai bò trong 24 giờ. Hình vuông có ba lớp phủ bánh sandwich được đánh dấu là FBS+NaOH+FBS.

Sự phân bố HNT và hạt nano kẽm trong sợi Polylactide

Trộn PLA với HNTs hoặc HNT mạ kẽm (HNTs/Zn) để tạo thành sợi in hình vuông PLA+HNTs và PLA+HNTs/Zn. Để xác định xem HNT hay HNT/Zn có được phân bố khắp PLA hay không, mặt cắt ngang dây tóc được phân tích bằng EDS. Thành phần chính của axit polylactic là carbon (C), được hiển thị trên màn hình. Silicon (Si) và nhôm (Al) là hai thành phần chính của HNT. Có thể thấy từ hình vẽ rằng chúng được phân bố tốt trong sợi PLA. Kẽm nano được phủ HNT với tỷ lệ 30% w/w và sự phân bố của nó được EDS phát hiện. Phân tích EDS cho thấy HNT và HNT/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 sẵn, có khẩu độ 600 m×600 m và chiều cao lớp là 600 m. Do hạn chế của máy in 3D được sử dụng, độ phân giải thay đổi một chút khi in. Một kính hiển vi đồng tiêu 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 được in là 584.16±95.28 (m)×620.39±93.03 (m) và độ xốp là 60.22±9.5%.

Cường độ nén

Để đánh giá sự đóng góp của HNT trong việc tăng cường tính chất cơ học của PLA trong hình vuông được in, các nhà nghiên cứu đã phân tích cường độ nén của stent in 3D, bất kể HNT có được thêm vào hay không. Stent có hệ số biến dạng cao hơn với HNTs (PLA + H và PLA + H + Zinc) và mô đun nén trung bình cao hơn so với stent không có HNTs (PLA), cho thấy việc bổ sung HNTs chỉ gây ra sự gia tăng nhẹ chứ không đáng kể. độ đàn hồi và độ đàn hồi của PLA. Cường độ nén (Hình 6). Do hạn chế của thiết bị kiểm tra nên không có lực tác dụng tối đa (200 N) sau khi stent bị gãy. Vì vậy, 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 sự cải thiện này không rõ ràng.

cuối cùng

Trong nghiên cứu này, hình vuông in 3D bao gồm PLA và HNT pha tạp 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 bổ sung các tác nhân tạo xương ngoại sinh, hình vuông PLA được phủ bánh sandwich cũng có thể tạo ra các nguyên bào xương để biệt hóa thành các nguyên bào xương. Ngoài ra, lớp phủ gentamicin bên ngoài giúp giảm nguy cơ nhiễm trùng mà không ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình hình thành xương. Vật liệu composite được thiết kế mới PLA+H+Zn cũng có độ bền cơ học và khả năng tạo xương tốt, đồng thời có thể được sử dụng làm vật liệu ứng cử viên cho việc cấy ghép xương in 3D. 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

PTJ® 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 ( sales@pintejin.com ).