优化β-Ti21S合金格子结构用于增强的股骨植入物:关于机械和生物性能的一项研究

科学领域:

• 生物材料工程 生物材料工程
• 添加剂制造 添加剂制造 添加剂制造
• 整形外科植入物 整形外科植入物

背景情况:

• 转移性β-Ti21S合金的弹性模量低于Ti-6Al-4V ELI,这对于减少骨植入物中应力屏蔽至关重要.
• 增材制造可以创建复杂的格子结构,优化植入物与骨的整合.
• 量身定制的格子结构 (抗张的辅助剂,压缩的TPMS) 是承载应用的关键.

研究的目的:

• 评估用于骨科应用的β-Ti21S合金格子结构的可制造性和机械性能.
• 为了比较使用激光粉床融合制造的auxetic bow-tie和Triple Periodic Minimal Surface (TPMS) 结构.
• 评估β-Ti21S合金结构对增强骨质整合的生物反应.

主要方法:

• 通过激光粉床融合制造β-Ti21S合金.
• 制造辅助性蝶结 (AUX 2.5,AUX 3.5) 和TPMS (TPMS 2.5,TPMS 1.5) 格子结构.
• 微型计算机断层扫描 (Micro-CT) 用于可打印和毛孔大小分析.
• 准静态机械测试和疲劳耐力评估.
• 在体外对细胞活力和活性进行生物测试.

主要成果:

• 与TPMS 2.5.5相比,TPMS 1.5结构表现出可打印性问题,影响毛孔大小并降低了耐疲劳性.
• AUX 3.5 结构表现出类似于无骨骨的刚性,但缺乏足够的收益率和疲劳强度用于股骨植入物.
• 发现β-Ti21S合金结构是无毒的,促进增强细胞活动.

结论:

• β-Ti21S合金,特别是TPMS 2.5格子结构,显示出大腿部植入物应用的巨大潜力.
• 需要进一步的研究来克服TPMS 1.5结构中观察到的可打印性挑战.
• 量身定制的格子设计和β-Ti21S合金的组合为先进的骨科植入物提供了一个有前途的途径.