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北京工业大学陈继民教授团队:3D打印全陶瓷种植体的制备、组织与性能

北京工业大学陈继民教授团队:3D打印全陶瓷种植体的制备、组织与性能

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2022-11-24 13:59
  • 访问量:

【概要描述】

北京工业大学陈继民教授团队:3D打印全陶瓷种植体的制备、组织与性能

【概要描述】

  • 分类:行业动态
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文章简介

氧化锆(ZrOz)陶瓷具有良好的力学性能、生物相容性、化学稳定性和美学性能,在口腔医学领域具有潜在的应用价值。为实现其临床应用,本研究采用还原光聚合3D打印技术制备了全陶瓷种植体,并对其工艺优化、微观结构、力学、摩擦学和生物性能进行了研究。结果表明:当烧结温度为1600℃,保温时间为3 h时,ZrO2(3Y)/Al2O3生物陶瓷的密度达到98.79%,其硬度、抗压强度、抗弯强度和断裂韧性达到最大值;此外,体外模拟口腔环境磨损试验表明,人工唾液对ZrO2(3Y)/Al203生物陶瓷具有润滑作用,提高了耐磨性。对ZrOz(3Y)/Al2O3生物陶瓷的生物安全性进行了评价,ZrO(3Y)/Al-O3生物陶瓷没有明显的细胞毒性,并促进细胞增殖、生长和粘附。此外,其表面具有适当的粗糙度和良好的润湿性。综上所述,还原光聚合法制备的ZrO2(3Y)/Al2Og生物陶瓷是一种具有广阔应用前景的生物材料。

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.cjmeam.2022.100023

研究背景

随着3D打印技术的不断进步,陶瓷结构的3D打印已经成为牙科修复领域的热点。3D打印技术通过一层一层的堆叠来构建物体。这个过程不需要机械加工或模具。因此,其材料利用率高,粉尘污染低,对可打印的形状几乎没有限制,这为构建高质量的复杂精致的假体结构提供了可能。3D打印技术对成型件进行一层一层的光投影固化,再通过脱脂处理去除有机成分。最后通过高温烧结得到致密陶瓷件。然而,现有的3d打印陶瓷材料仍然存在强度不足、韧性低等问题,限制了其应用范围。因此,必须对如何减轻这些缺陷进行系统的研究。

研究内容解读

本研究采用3D打印技术制备了用于全陶瓷冠和种植体的ZrO2(3Y)/Al203。根据热分析曲线设计了陶瓷体的脱脂和烧结方案。系统研究了不同热处理工艺对ZrO2(3Y)/Al2O3生物陶瓷成形质量、精度和力学性能的影响。此外,通过模拟口腔力学和化学环境对其摩擦学性能进行了深入研究。最后,利用小鼠胚胎成骨前体细胞(MC3T3-El)和人脐静脉内皮细胞(HUVEC)进行体外生物学实验,验证3D打印ZrO2(3Y)/Al2O3生物陶瓷的生物相容性。
为了评估其临床应用的可能性,采用数字光处理3D打印技术制备了全陶瓷种植体用ZrO2(3Y)/Al2O3生物陶瓷,并对其工艺优化、微观结构、力学、摩擦学和生物性能进行了研究。
(1)随着烧结温度和保温时间的增加,ZrO2(3Y)/Al2O3生物陶瓷样品的相对密度、显微硬度、抗弯强度和断裂韧性先增大后减小。当烧结温度和保温时间分别为1600℃和3 h时,颗粒接触紧密,残余气孔几乎全部消除,晶粒细化,相对密度达到98.79%。在此条件下,其硬度、抗弯强度和断裂韧性均达到最大值,满足口腔全陶瓷修复材料的性能要求。此外,所有样品的断裂模式均为以晶间断裂和少量穿晶断裂为主的混合断裂模式。

(2)体外模拟口腔环境磨损试验表明,人工唾液具有润滑作用,且随着载荷的增加,磨损机理由磨粒磨损向粘着磨损转变,试验材料表现出良好的耐磨性。

(3) ZrO2(3Y)/Al2O3生物陶瓷具有适当的表面粗糙度和良好的润湿性。在ZrO2(3Y)/Al203生物陶瓷样品上培养MC3T3-E1和HUVEC细胞,细胞附着表面,生长良好。ZrO2(3Y)/Al2O3生物陶瓷材料无细胞毒性,具有良好的生物相容性。

图1 (a) ZrO2(3Y)粉末;(b)氧化铝粉;(c)混合粉;(d)能谱分析。

图2 (a)球磨后混合粉的粒度分布;(b)陶瓷浆料粘度曲线。

图3 VPP陶瓷3D打印工艺(DLP -数字光处理)。

图4 (a)陶瓷TG-DSC曲线;(b)脱脂过程。

图5烧结工艺适用于不同的陶瓷样品。

图6不同烧结工艺对陶瓷零件的影响:(a)相对密度;(b)不同方向的线性收缩。

图8不同烧结工艺下烧结试样的显微组织:(a) 1550℃-3 h;(b) (e)的铝元素EDS;(c) 1650°c -3 h;(d) 1600°C-1h;(e) 1600°C-3 h;(f) 1600°C-5 h;(g)如(e)所示光谱A的EDS;(h) (e)的O元素EDS;(i) (e)所示谱B的EDS。

图10陶瓷样品经过不同烧结工艺后的断口面:(a) 1550°C-3 h;(b) 1650°C-3 h;(c) 1600°c -1 h;(d) 1600°C-3 h;(e)1600°C-5小时。

图15不同角度拍摄的ZrO2(3Y)/Al2O3种植体:(a)绿色体;(b)烧结后的车身。

图18 ZrO2(3Y)/Al,Os生物陶瓷浸渍液对MC3T3-E1和HUVEC的干预结果:(a)对照;(b)浸水后。

——END——

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深圳奇遇科技有限公司成立于2015年,是一家以陶瓷增材制造技术为核心的高科技公司。

公司拥有以清华大学博士后、挪威科技大学海归博士等为主体的研发团队,致力于为客户提供完整的“陶瓷3D打印设备+陶瓷3D打印材料+陶瓷烧结工艺”整体解决方案!

目前,公司自主研发的一系列精细直写陶瓷3D4D打印设备,生物直写陶瓷3D打印设备,光固化陶瓷3D打印设备以及相关陶瓷3D打印材料,已服务清华大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学、北京理工大学、西北工业大学、四川大学、国防科技大学、深圳大学、中国科学院、燕之屋丝浓食品等全球100+家顶尖科研院所

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