Forskare från Skoltech Center for Design, Tillverkning, and Materials (CDMM) har utvecklat en metod för att designa och tillverka komplexformade keramiska benimplantat med en kontrollerbar porös struktur, vilket i hög grad förbättrar vävnadsfusionseffektiviteten. Deras forskning publicerades i tidskriften Tillämpade vetenskaper.

Keramiska material är resistenta mot kemikalier, mekanisk stress, och bära, vilket gör dem till en perfekt passform för benimplantat som kan skräddarsys tack vare avancerad 3-D-utskriftsteknik. Olika porösa strukturer används för att säkerställa effektiv celltillväxt runt implantatet. För att vävnadsfusion ska bli mer effektiv, porerna ska ha en storlek på flera hundra mikron, medan implantaten kan vara större än porerna i flera storleksordningar. I verkligheten, ett implantat med en specifik porös struktur bör specialdesignas inom en mycket kort tidsram. Konventionell geometrisk modellering med objektrepresentationen begränsad till dess yta fungerar inte här på grund av implantatets komplexa inre struktur.

Skoltech-forskare ledda av professor Alexander Safonov modellerade implantaten med hjälp av en funktionell representationsmetod (FRep) utvecklad av en annan Skoltech-professor, Alexander Pasko. "FRep-modellering av mikrostrukturer har en mängd fördelar, " kommenterar Evgenii Maltsev, en forskare vid Skoltech och medförfattare till artikeln. "Först, FRep-modellering garanterar alltid att den resulterande modellen är korrekt, i motsats till den traditionella polygonala representationen i CAD-system där modeller sannolikt har sprickor eller osammanhängande aspekter. Andra, det säkerställer fullständig parametrisering av de resulterande mikrostrukturerna och, därför, hög flexibilitet i den snabba generationen av variabla 3D-modeller. Tredje, den erbjuder en mängd olika verktyg för att modellera olika nätstrukturer."

I sin forskning, forskarna använde FRep-metoden för att designa cylindriska implantat och en kubisk diamantcell för att modellera den cellulära mikrostrukturen. CDMMs Additive Manufacturing Lab 3-D-tryckta keramiska implantat baserat på deras design och testade dem under axiell kompression.

Intressant, den nya metoden gör det möjligt att förändra den porösa strukturen för att producera implantat med olika densiteter för att tillgodose patientens individuella behov.