亜鉛骨足場の押出造形積層造形

科学分野:

• 生体材料工学
• 積層造形
• 材料科学

背景:

• 亜鉛（Zn）は、骨組織工学のための有望な生分解性金属です。
• レーザーベースの積層造形（AM）は、Zn蒸発と溶融プール不安定性の課題に直面しています。
• Zn足場の代替AM戦略の開発は不可欠です。

研究 の 目的:

• 押出造形積層造形を用いた多孔質亜鉛足場の作製。
• 高忠実度足場のインク配合と焼結パラメータの最適化。
• 作製された足場の気孔率、機械的特性、生分解性、細胞適合性の特性評価。

主な方法:

• 50-56容量%のZn負荷での系統的なインク配合。
• 印刷適性の最適化のためのレオロジー分析。
• 足場作製のための押出造形積層造形。
• 特定の温度範囲内での焼結最適化。
• 構造特性評価のためのSEMおよびマイクロCT。
• シミュレート体液（r-SBF）でのinvitro生分解性試験。
• 腐食分析のための電気化学的試験。
• MC3T3-E1細胞を用いた間接および直接細胞適合性試験。

主要な成果:

• 最適化された足場は、インク53容量%および415°Cで5時間焼結して印刷され、Zn蒸発を最小限に抑えながら40±3%の気孔率を達成しました。
• 足場は骨のような機械的特性（圧縮降伏強度16.1±1.3 MPa、弾性率1.4±0.1 GPa）を示しました。
• invitro生分解性試験では、ZnOおよびリン酸カルシウムの形成を伴う低い腐食率（0.03±0.01 mm/年）が示されました。
• 電気化学的試験では、不動態化挙動と分極抵抗の増加が示されました。
• 細胞適合性試験では、90%を超える細胞代謝活性と良好な細胞接着が確認されました。

結論:

• 押出造形積層造形は、多孔質Zn足場の作製に実行可能な方法です。
• 開発されたプロセスは、調整可能な気孔率、制御された生分解性、および骨のような機械的特性を可能にします。
• これらのZn足場は、許容できる細胞適合性を示し、生分解性骨インプラントとしての可能性を前進させます。