Med hjälp av en 3D-tryckt saltmall, ETH -forskare har lyckats producera magnesiumställningar med strukturerad porositet som är lämpliga för bioresorberbara benimplantat.

För behandling av komplexa benfrakturer eller till och med saknade bendelar, kirurger använder vanligtvis metallimplantat. I detta sammanhang, ett attraktivt alternativ till de traditionella materialen som bioinert titan är biologiskt nedbrytbart magnesium och dess legeringar. Implantat tillverkade av den senare lättmetallen är fördelaktiga eftersom de kan biologiskt nedbrytas i kroppen, som kan absorbera magnesium som ett mineralt näringsämne, gör en andra operation för borttagning av implantat onödig. För att främja snabb läkning, utformningen av implantat eller deras ytor bör riktas mot främjande av cellulär vidhäftning eller till och med i tillväxt. Materialforskare från Laboratory of Metal Physics and Technology och Complex Materials Group vid ETH Zürich har därför samarbetat för att utveckla ett nytt förfarande för tillverkning av magnesiumimplantat som innehåller många strukturerade porer men ändå behåller sin mekaniska stabilitet. Denna utveckling är föremål för en kommande artikel i Advanced Materials.

Ställningar gjorda av magnesium

För att skapa en porös struktur skrev forskarna först ut en tredimensionell saltmall med en 3D-skrivare. För ren, standard bordsalt är inte lämpligt för utskrift, de utvecklade en geliknande saltpasta för detta ändamål. Stöddiametrarna och avstånden i saltmallen kan skräddarsys av utskriftsprocessen. För att få tillräcklig mekanisk hållfasthet sintrades saltstrukturen därefter. Vid sintring upphettas de finkorniga materialen betydligt, medan temperaturen väljs säkert under pastans smältpunkt för att behålla arbetsstyckets struktur.

Nästa steg var att infiltrera porerna med magnesiumsmältning. "Infiltraten som erhålls på detta sätt är mekaniskt mycket stabila och kan lätt poleras, vänd och formad, "säger Jörg Löffler, Professor i metallfysik och teknik vid Institutionen för material. Efter mekanisk formning löste forskarna saltet, lämnar ett rent magnesiumimplantat med många, regelbundet strukturerade porer.

Avgörande för klinisk framgång

"Möjligheten att kontrollera porstorleken, distribution och orientering i materialet är avgörande för klinisk framgång, eftersom benceller gillar att växa in i dessa porer, "säger Löffler. Tillväxt till porer är i sin tur avgörande för den snabba integrationen av implantatet i ben.

Det nya förfarandet för tillverkning av dessa mallstrukturer från salt kan appliceras på andra material förutom magnesium. Medförfattare Martina Cihova och Dr Kunal Masania förväntar sig att processen också kan användas för att skräddarsy porgeometrier i polymerer, keramik och andra lättmetaller.

Idén om detta nya tillverkningsförfarande uppstod inom ramen för magisteruppsatsen av Nicole Kleger, vars studie stöddes av ett ETH Zurich Excellence Scholarship &Opportunity stipendium. Hennes arbete tilldelades också ETH -medaljen för utmärkta masteruppsatser. Nicole Kleger är nu doktorand i Complex Materials Group hos ETH -professor André Studart, under vars ledning den ursprungliga saltmallen var 3D-tryckt. I sin doktorsavhandling utvecklar Kleger nu 3D-utskriftsproceduren ytterligare.