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西北工业大学苏海军教授团队:3D打印生物陶瓷掺杂金属元素,增强其力学性能和生物响应性

西北工业大学苏海军教授团队:3D打印生物陶瓷掺杂金属元素,增强其力学性能和生物响应性

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2023-04-07 18:35
  • 访问量:

【概要描述】

西北工业大学苏海军教授团队:3D打印生物陶瓷掺杂金属元素,增强其力学性能和生物响应性

【概要描述】

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  • 发布时间:2023-04-07 18:35
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2023年3月5日,西北工业大学苏海军教授团队在《Journal of the European Ceramic Society》上发表题为Enhanced mechanical properties and biological responses of SLA 3D printed biphasic calcium phosphate bioceramics by doping bioactive metal elements的研究文章,报道了利用光固化3D打印技术制备了Fe、Mg掺杂双相磷酸钙(BCP)生物活性陶瓷,探究了Fe、Mg掺杂对光固化成形BCP生物陶瓷力学性能、生物降解性以及细胞毒性的影响规律和机制。

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.03.007

  研究简介  

良好的力学性能和优异的生物活性是生物陶瓷用于骨缺损修复的必要条件。而镁和铁的掺杂可以改善磷酸钙陶瓷的力学性能和骨再生能力。本研究选择氧化镁(MgO)、氧化铁(FeOs)和铁粉(Fe)作为增强双相磷酸钙(BCP)生物陶瓷的掺杂剂,首次采用立体光固化(SLA)法制备了MgO-BCP、FeOs-BCP、FeBCP生物陶瓷,并研究了这些掺杂剂对BCP生物陶瓷浆料固化行为、力学性能、生物降解和细胞相容性的影响。

添加1wt % Fe可使BCP的抗弯强度从91.61 MPa提高到1250℃烧结时的122.60 MPa。添加1wt % MgO可有效促进BCP在模拟体溶液(SBF)中的生物降解,并促进小鼠成骨前细胞(MC3T3-El)的体外增殖。此外,Fe粉比Fe2Os粉更适合作为SLA 3D打印BCP的掺杂剂,且Fe-BCP的各项性能均优于Fe2Os-BCP。与Fe2Og-BCP相比,Fe-BCP的微观结构缺陷较少,Fe3+释放速率较慢,具有较高的弯曲强度和较小的细胞毒性。这一新方法显示了生物活性金属元素在力学性能和生物活性方面的有益作用,表明掺杂MgO、Fe的SLA 3D打印BCP生物树脂是骨缺损修复的有前途的候选材料。

  研究内容解读  

对于生物活性支架来说,复杂孔隙结构的存在是必要的,而孔隙结构会影响细胞的粘附、增殖、分布,最终影响骨再生。3D打印技术可以生产出具有理想形状和性能的定制生物陶瓷,用于骨缺损修复。3D打印技术提供了更好的打印解决方案,被认为是制备多孔生物陶瓷支架的有前途的方法。近年来,3D打印技术已成功应用于复杂结构生物陶瓷的制备。然而,利用3D打印技术制备掺杂生物陶瓷元素的研究尚不充分。因此,有必要探讨掺杂剂对3D打印制备BCP生物陶瓷打印工艺、物理和生物性能的影响。
本研究分别以Fe2O3、Fe、MgO为掺杂剂,采用SLA 3D打印技术制备了Fe掺杂BCP生物陶瓷和Mg掺杂BCP生物陶瓷。详细研究了掺杂剂对SLA 3D打印BCP生物陶瓷打印工艺、微观结构、力学性能和降解性能的影响。并采用CCK-8法检测不同掺杂剂对小鼠成骨前细胞(MC3T3-E1)增殖的影响。

图1 浆体: (a) BCP, (b) MgO-BCP, (c) Fe203-BCP, (d) Fe-BCP。(e)浆料固化深度与光能的关系。

图2 三维模型示意图。

图3 坯体的TGA曲线。

图4 (a) SLA 3D打印坯体的脱脂和烧结剖面,(b)烧结生物陶瓷的图像。

——END——

光固化3D打印工艺在制备生物陶瓷方面已发展得十分成熟,奇遇科技DLP光固化3D打印机可打印氧化铝、氧化锆、羟基磷灰石、磷酸钙等生物陶瓷材料,设备的高度可定制化以及性能上的巨大提升,为科研人员和生产商带来了高性价比的生物陶瓷3D打印解决方案。

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