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《Materials Today Communications》:掺杂二氧化钛的氧化铝生物陶瓷的DLP 3D打印:制造、机械性能和生物评估

《Materials Today Communications》:掺杂二氧化钛的氧化铝生物陶瓷的DLP 3D打印:制造、机械性能和生物评估

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2024-02-20 10:34
  • 访问量:

【概要描述】报道了这项研究使用DLP 3D打印技术制备了掺杂二氧化钛的氧化铝生物陶瓷,并对其力学性能进行了评估。评估采用了三点弯曲、压缩和维氏硬度测试。除此之外,研究还对这些生物陶瓷的生物学特性进行了深入的研究,包括细胞粘附性和毒性。

《Materials Today Communications》:掺杂二氧化钛的氧化铝生物陶瓷的DLP 3D打印:制造、机械性能和生物评估

【概要描述】报道了这项研究使用DLP 3D打印技术制备了掺杂二氧化钛的氧化铝生物陶瓷,并对其力学性能进行了评估。评估采用了三点弯曲、压缩和维氏硬度测试。除此之外,研究还对这些生物陶瓷的生物学特性进行了深入的研究,包括细胞粘附性和毒性。

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2023年12月16日,土耳其圣留尔法哈兰大学的研究人员在《Materials Today Communications》上发表题为DLP 3D printing of TiO2-doped Al2O3 bioceramics: Manufacturing, mechanical properties, and biological evaluation的研究论文,报道了这项研究使用DLP 3D打印技术制备了掺杂二氧化钛的氧化铝生物陶瓷,并对其力学性能进行了评估。评估采用了三点弯曲、压缩和维氏硬度测试。除此之外,研究还对这些生物陶瓷的生物学特性进行了深入的研究,包括细胞粘附性和毒性。

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352492823025631

 

 

 

  研究简介  

 

陶瓷生物材料目前一般采用传统的制造方法进行生产,但这些方法存在一些局限性。例如,在制造个性化和复杂的陶瓷植入物时,材料损耗较大且生产速度较慢,这些限制会降低产品的效率和成功率。为了解决这些问题,研究人员采用了3D打印技术来制造陶瓷部件。

在这项研究中,研究人员使用数字光处理(DLP) 3D打印技术制备了具有复杂形状的二氧化钛掺杂氧化铝生物陶瓷部件。研究人员还对这些部件的力学性能、结构特性和生物相容性进行了研究。

流变学研究显示,固含量为50wt%的浆料具有适合3D打印的粘度。在烧结过程中,生物陶瓷部件的体积明显减小,最大收缩率为41.98%。当添加5 wt%的二氧化钛时,氧化铝陶瓷的相对密度从82.02%降低到72.72%。XRD结果显示,掺杂二氧化钛的氧化铝生物陶瓷具有刚玉、二氧化钛和五氧钛酸铝三种晶相。在添加5 wt%的二氧化钛后,氧化铝的抗压强度和抗弯强度分别提高到3.25 ~ 7.07 MPa和1.07 ~ 4.24 MPa。生物学试验结果表明,这些部件具有较高的生物相容性,细胞粘附率高且增殖率高。

总的来说,研究结果表明DLP-3D打印技术可以以较低的成本制造各种应用的陶瓷,包括生物医学和牙科应用。

 

 

 

图1 二氧化钛掺杂氧化铝生物陶瓷的制备工艺。

 

 

 

图2 二氧化钛掺杂氧化铝坯体的脱脂和烧结工艺。

 

 

 

图3 浆料的粘度取决于不同的固含量。

 

 

 

图4 浆料的粘度取决于不同的固含量。

 

 

 

图5 样品的SEM图像;(a) AT-0, (b) AT-1, (c) AT-3, (d) AT-5。

 

 

 

图6 未掺杂和掺杂二氧化钛的氧化铝生物陶瓷在1600℃下烧结2小时的密度。

 

 

 

图7(a)压缩应力-应变试验结果,(b)弯曲应力-应变试验结果,(c)平均最大抗压和弯曲强度,(d)维氏硬度。

 

 

 

图8 用试验液培养小鼠胚胎成纤维细胞(3T3)细胞的细胞存活率(%),样品保存6天。蓝色虚线为没有样本的对照组。

 

 

 

图9 细胞粘附在样品表面的SEM图像。箭头显示单元扩展。

 

 

 研究结论 

 

这项研究使用了立体光刻3D打印机制备了掺杂二氧化钛的氧化铝生物陶瓷,并研究了二氧化钛对该陶瓷的微观结构、物理性能、力学性能和生物性能的影响。根据目前的研究结果,可以得出以下结论和推论:

1) 烧结后,陶瓷样品的体积减小。分别为AT-0、AT-1、AT-3和AT-5样品的体积收缩率为41.98%、36.31%、33.59%和31.38%。由于快速的收缩率和温度梯度引起的内部应变,陶瓷样品出现了断裂和分层。

2) 添加5 wt%的二氧化钛后,氧化铝的抗压强度和抗弯强度分别从3.25 MPa和1.07 MPa提高到7.07 MPa和4.24 MPa。

3) 相对较差的力学性能主要是由于3D打印工艺的逐层制作模式造成层间结合力较弱,以及烧结过程中固含量低造成的各向异性收缩。

此外,随着二氧化钛的加入,氧化铝的密度从3.25 g/cm3下降到2.96 g/cm3,相对密度从82%下降到73%。

4) 生物实验结果表明,掺杂二氧化钛的氧化铝生物陶瓷具有较高的细胞增殖率和粘附率,证实了其生物相容性。

总结来说,研究结果表明,DLP-3D打印技术可以以低成本生产各种应用的陶瓷部件,例如生物医学和牙科应用。然而,3D打印陶瓷部件的物理性能仍需要进一步的研究。

 

——END——

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