Cina: collaudo dell’impalcatura in lega di titanio che imita le strutture trabecolari
Ricercatori cinesi stanno esaminando ulteriormente gli usi del titanio nella bioprinting, sottolineando le loro scoperte nel recente comportamento pubblicato ” Il comportamento meccanico di un’impalcatura in lega di titanio che imita la struttura trabecolare “. In questo studio sono state utilizzate cinque diverse celle unitarie mentre gli autori hanno sperimentato la creazione di nuove strutture trabecolari mediante fusione del fascio di elettroni.
La stampa 3D ha già scolpito un segno indelebile nel mondo medico, su un percorso che continua semplicemente ad avanzare a causa del duro lavoro dei ricercatori. Mentre l’ingegneria dei tessuti è oggi in prima linea nella ricerca, insieme all’uso di modelli e dispositivi stampati in 3D , l’ortopedia ha avuto un impatto enorme e positivo sulla tecnologia, consentendo una maggiore flessibilità e personalizzazione.
Le strutture ossee trabecolari non solo incoraggiano la “bioattività” degli impianti, ma promuovono anche una migliore crescita delle cellule sotto forma di osteoblasti, oltre a dirigere il tessuto osseo a connettersi con i pori, creando una bio-fissazione impianto-osso.
“Con lo sviluppo della tecnologia di stampa 3D e nuovi materiali biologici, l’applicazione della struttura trabecolare nella sostituzione dell’articolazione artificiale è in aumento e la progettazione, la fabbricazione e le proprietà meccaniche delle strutture trabecolari sono al centro dell’attuale ricerca”, affermano gli autori.
“Le caratteristiche morfologiche e il comportamento meccanico della struttura trabecolare in lega di titanio stampata in 3D influenzeranno gli effetti della sostituzione della protesi artificiale; pertanto, gli aspetti devono essere ulteriormente studiati. “
Ci sono state ricerche precedenti, ma come sottolineano i ricercatori, erano motivati a eseguire questo studio a causa della mancanza di uno studio completo sul “comportamento meccanico della struttura trabecolare in lega di titanio allo stato attuale dell’uso clinico”.
Dopo aver stampato le strutture trabecolari in 3D, hanno considerato quanto segue:
Differenze tra design e fabbricazione
Effetti di diverse porosità e dimensioni dei pori sulle proprietà meccaniche
Meccanismo di danno strutturale
Il team di ricerca ha ottenuto cinque impalcature cuboid per lo studio, ciascuna con porosità diverse, fabbricate tramite EBM con polvere di lega di titanio Ti6Al4V. Anche altri esemplari sono stati stampati in 3D, sotto forma di denso titanio cilindrico.
“La correlazione tra porosità e proprietà meccaniche è stata studiata su campioni di impalcature con diversa apertura e porosità alla stessa velocità di caricamento”, hanno affermato gli autori. “I test di compressione includevano la ricerca dell’anisotropia dei campioni alla stessa velocità di caricamento da due diverse direzioni di caricamento, nonché gli effetti delle diverse velocità di caricamento sulle proprietà meccaniche”.
Hanno anche esaminato le proprietà meccaniche dei campioni da una varietà di posizioni e processi di stampa, per includere nove diversi siti e tre orientamenti. La densità è stata rilevata come: 4.3541037 g / cm 3 calcolata da campioni cilindrici densi stampati in 3D. Il team di ricerca ha anche osservato che la porosità era sempre “inferiore a quella progettata”.
Confronto tra il valore di progetto e il valore effettivo del campione dell’impalcatura. (a) Dimensione del puntone, (b) Apertura proiettata, (c) Porosità
Porosità e connettività adeguate consentono di:
Adesione
Proliferazione
Differenziazione
Guida del tessuto osseo nel poro
Dimensione effettiva del puntone, apertura e porosità di cinque diverse specifiche dei campioni di impalcatura
“I parametri dell’impalcatura in lega di titanio stampata in 3D, come l’apertura, la porosità, la forma dei pori e il trattamento superficiale, hanno un effetto importante sulla crescita ossea e sulle prestazioni degli osteoblasti in vitro”, hanno concluso i ricercatori. “Abbiamo studiato sistematicamente il design strutturale, la fabbricazione e il comportamento meccanico di un ponteggio in lega di titanio stampato in 3D che imita l’osso trabecula. Questo studio potrebbe far luce sull’applicazione di protesi con strutture e funzioni adeguate. “
Curve di sollecitazione da sforzo di compressione di 9 campioni da 9 posizioni diverse e relative mappe di ingrandimento locali e morfologia della frattura di alcuni campioni. da (a) a (e) sono i modelli di frattura di cinque esemplari 
Impalcatura in lega di titanio costruita da cellula unitaria (L, a e s sono unità, apertura proiettata e dimensioni del puntone, rispettivamente) e micro morfologia delle impalcature in lega di titanio che imitano le trabecole ossee. una cellula unitaria e un ponteggio in lega di titanio, b micro morfologia del ponteggio