评估和优化3D打印的Whitlockite/酸复合脚手架的物理,机械和生物特性,用于使用响应表面方法来进行骨组织再生
Mahendran Thangavel1, Renold Elsen S1
1School of Mechanical Engineering, Vellore Institute of Technology, Vellore 632014, Tamil Nadu, India.
Biomedical materials (Bristol, England)
|January 22, 2025
概括
这项研究优化了使用Mg-Whitlockite和酸盐进行骨再生的3D打印生物陶复合材料支架. 优化的脚手架表现出了出色的物理,机械和生物特性,证实了其对骨组织工程的潜力.
科学领域:
- 生物材料科学 生物材料科学
- 材料工程 材料工程 材料工程
- 生物技术是生物技术.
背景情况:
- 骨组织再生依赖于仿生支架,模仿人类骨的物理和化学特性.
- 关键的骨元素,如,,和,对于成功的骨再生至关重要.
- 白石 (Mg-Whitlockite,WH) 和酸盐 (CS) 为骨架提供了理想的元素组成和再生特性.
研究的目的:
- 开发和优化3D打印的生物陶复合材料脚手架,使用WH和CS来增强骨组织再生.
- 为了研究材料组成,充填比 (IF) 和烧结温度 (ST) 对脚手架性能的影响.
- 为了确认优化脚手架的仿生和再生能力.
主要方法:
- 通过湿化学方法和粉末表征合成Mg-Whitlockite (WH).
- 使用响应表面方法 (RSM) 进行实验设计,以优化WH/CS复合材料,IF和ST.
- 在不同组合 (100/0,75/25,50/50重%) 和IF (50%,75%,100%) 的WH/CS支架的3D打印.
- 印刷脚手架的物理,机械和生物特征,并使用ANOVA进行优化.
主要成果:
- 优化的参数:50/50 wt% WH/CS,50% IF,1150 °C ST,产生密度为2.27 g cm−3,毛孔度为36.74%,湿透度为45.79%,收缩率为25.13%,压力强度为12 MPa,压力模量为208.49 MPa.
- 通过RSM优化,对物理和机械性能的综合性能实现了92%的可取性.
- 生物特征证实了脚手架适合用于骨再生的应用.
结论:
- 优化的50/50重量%WH/CS复合脚手架,在1150°C时用50%的IF制成,具有卓越的物理和机械性能.
- 该研究成功地证明了WH/CS生物陶复合材料作为骨组织工程的有效支架的潜力.
- 和的整合增强了矿化和血管化,这对于骨再生至关重要.
