Vliv morfologie na mechanické a biologické vlastnosti 3D tištěných kostních implantátů

Effect of morphology on mechanical and biological properties of 3D printed bone implants

abstract

Czech

Cílem projektu profiBONE je vyvinout plně resorbovatelný kompozitní inkoust ve formě pasty na bázi termocitlivého polymeru a fosforečnanu vápenatého, který by byl metodou přímého tisku (extruzí) vytlačován při laboratorní teplotě vrstvu po vrstvě pohyblivou tryskou do formy personalizované 3D náhrady kostní tkáně. V současné době byl vytvořen CAD model s definovanou porozitou a byly optimalizovány parametry jak tiskárny, tak i kompozitní pasty pro přímý 3D tisk vzorečků. Nicméně, prvotní fyzikálně-chemické i biologické analýzy prokázaly velký význam morfologie – vnitřní struktury vzorečků – na výsledné vlastnosti. Proto jsme se zaměřili na klíčové architektonické parametry při navrhování a přípravě 3D tištěných kostních skafoldů včetně určení nejvhodnějšího tvaru. Byly vyvinuty vlastní G-kódy pro návrhy a tisk modelů např. s „honeycomb“ strukturou (struktura „medové plástve" – šestiúhelníková). Takové konstrukce byly poté podrobeny mechanickým zkouškám při zatěžování v tlaku, aby se určila jejich mez pevnosti v tlaku, elastický gradient, absorbovaná energie a účinnost absorbování energie.

The goal of the profiBONE project is to develop a fully resorbable composite ink in the form of a paste based on a thermosensitive polymer and calcium phosphate, which would be extruded at laboratory temperature layer by layer with a moving nozzle into the form of a personalized 3D replacement of bone tissue using the direct printing method (extrusion). Currently, a CAD model with defined porosity has been created and the parameters of both the printer and the composite paste have been optimized for direct 3D printing of samples. However, initial physico-chemical and biological analyzes demonstrated the great importance of morphology – the internal structure of the samples – on the resulting properties. Therefore, we focused on the key architectural parameters when designing and preparing 3D printed bone scaffolds, including determining the most suitable shape. Custom G-codes were developed for designing and printing models with, for example, a "honeycomb" structure (a "honeycomb - hexagonal" structure). Such structures were then subjected to mechanical tests under compressive loading to determine their compressive strength, elastic gradient, absorbed energy and energy absorption efficiency.

resorboavtelný kostní cement, nízkoteplotní tisk, morfologie, struktura "medové plástve", mechanické testování

resorbable bone cement, low-temperature printing, morphology, "honeycomb" structure, mechanical testing

VOJTOVÁ, L.; ZETOCHA, M.; HLINÁKOVÁ, K.; LYSÁKOVÁ, K.; ŽÍDEK, J.; MENČÍK, P.; PŘIKRYL, R.; SEDLÁČEK, R.; VLTAVSKÝ, M.; SUCHÝ, T.; VIŠTEJNOVÁ, L.

13. 9. 2022

České vysoké učení technické v Praze

978-80-01-07023-9

Biomateriály a jejich povrchy XV.

1.

11

12

92

https://www.irsm.cas.cz/ext/biomaterialy/download/BIOMATERIALY_A_JEJICH_POVRCHY_XV.pdf