在3D打印的双相脚手架中,通过互锁的沙表几何学来提高接口性能

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 再生医学是一种再生医学.
• 材料科学 材料科学 材料科学

背景情况:

• 脊髓关节 (例如,膝盖,肘部,关节) 经历单向剪切和直角压缩.
• 用于关节修复的双相支架必须承受这些复杂的生物力学负荷.
• 现有的脚手架设计可能无法充分满足关节的特定机械要求.

研究的目的:

• 通过计算设计和经验评估3D打印的双相脚手架,以增强生机性能,用于生关节.
• 引入一种新的正弦形沙表管几何,以改善剪切应力支和直角压缩阻力.
• 与标准交叉设计相比,在各种负载条件下评估脚手架的性能.

主要方法:

• 计算机建模被用来设计一个3D打印的多乳酸 (PLA) 砂钟脚手架.
• 脚手架接口被入了水凝 (糖或酸修饰的氨酸,聚乙烯糖醇二烯酸盐,和失去活力的软骨).
• 仅仅双相结构和沙眼镜建筑在切割和压缩下使用实证和in silico方法进行了测试.

主要成果:

• 用PHA-PEGDA-DVC水凝填充的支架实现了高达51±7kPa的终极接口切割应力,超过了交叉切割控制.
• 单独的沙钟架构显示,与交叉设计相比,三方向的最终压力 (6.9±1.8MPa) 在3个方向上提高了39%.
• 计算机建模表明了取决于几何形状的剪切负载转移,支持了沙钟设计的有效性.

结论:

• 3D打印的砂双相脚手架设计显著提高了与生关节相关的剪切和压缩下的生物机械性能.
• 这种新型几何形状在水凝-基板接口提供了改进的负载传输和优越的压力强度.
• 增强的沙钟设计对未来在关节内再生组织的应用具有前景.