به عنوان بخشی از پروژه BioStruct، RWTH دانشگاه آخن تولید افزودنی دیجیتال (DAP)، آلمان، در حال توسعه فرآیندی برای ترکیب آلیاژ روی-منیزیم با ساختارهای شبکه‌ای است که فقط می‌تواند از طریق همجوشی بستر پودر پرتو لیزر (PBF-LB) تولید شود. نتایج پروژه به اتحاد reACT منتقل خواهد شد، که تحقیقات بین رشته ای خود را در نیمه دوم سال ۲۰۲۲ آغاز کرد.
ایمپلنت های دائمی ساخته شده از تیتانیوم یا فولادهای جراحی و پیوندهای استخوان اتولوگ (پیوندهای ساخته شده از استخوان های خود بیمار) از رایج ترین راه حل های مورد استفاده برای درمان نقایص استخوانی هستند. با این حال، آنها فقط تا حدی می توانند الزامات پیچیده برای یک روند درمانی را برآورده کنند. خواص مکانیکی ایمپلنت های دائمی منجر به کاهش استرس بر بافت استخوان اطراف ایمپلنت، ضعیف شدن آن و افزایش خطر شکستگی می شود و بافت استخوانی خود بهبود نمی یابد. علاوه بر این، ماندن طولانی مدت ایمپلنت ها در بدن خطر مداخله جراحی بیشتر را به خصوص در افراد مسن افزایش می دهد.
اگرچه پیوند استخوان اتولوگ باعث بهبود خود ترمیم بافت استخوانی اطراف می شود و بنابراین منجر به نتایج درمانی بهینه می شود، اما فقط برای حجم معینی از نقص ها قابل استفاده است. تا به امروز، نقایص استخوانی «با اندازه بحرانی» یک مشکل پزشکی پیچیده را ایجاد کرده است. به دلیل حجم زیاد استخوان از دست رفته و فاصله بین انتهای هر استخوان آزاد، استخوان نمی تواند به خودی خود در این نقایص بهبود یابد. با در نظر گرفتن این موضوع، شرکای کنسرسیوم BioStruct در حال توسعه یک مفهوم ایمپلنت قابل جذب زیستی هستند که خواص مواد و طراحی هندسی آن نیازهای پیچیده ترمیم استخوان بیمار را برآورده می کند.
چالش در اینجا در انتخاب مواد و هندسه های مناسب و قابل پردازش، هم برای بدنه و هم برای پردازش با استفاده از PBF-LB نهفته است. آلیاژهای روی و منیزیم نتایج امیدوارکننده‌ای را در زمینه کاشت استخوان قابل جذب نشان داده‌اند.
در زمینه توسعه آلیاژ آلیاژهای فلزی قابل جذب زیستی، روی خالص (Zn) با خواص تخریب خوب در بدن انسان بشمار می آید. با این حال، استحکام مکانیکی آن برای استفاده به عنوان ایمپلنت کافی نیست. از سوی دیگر، منیزیم (Mg)، به دلیل خواص مکانیکی استخوان مانند، در حال حاضر به عنوان ماده ای برای ساخت ایمپلنت ها، مانند جراحی پا، استفاده می شود. با این حال، در کاربردهای خاص خیلی سریع در بدن تجزیه می شود و تشکیل گاز می تواند در محیط مرطوب بافت رخ دهد. به همین دلیل، این تحقیق در حال بررسی ترکیبات آلیاژی مختلف این فلزات خالص است تا به طور موثر خواص هر دو را برای استفاده در بدن و همچنین مناسب بودن برای PBF-LB ترکیب کند.
لیزر Beam Powder Bed Fusion امکانات طراحی جدیدی را برای ایمپلنت‌ها فراهم می‌کند تا به بهترین وجه نیازهای خاص بیمار مانند استرس مکانیکی و رفتار خوردگی در محل کاربرد را برآورده کند. این رویکرد در طراحی ساختار شبکه الگوریتمی نهفته است: بر اساس الزامات تعریف شده، هندسه و آرایش تک تک تکه‌ها یا سلول‌های شبکه به صورت پارامتریک تولید می‌شوند، ساختار شبکه حاصل با محل نقص استخوان سازگار شده و برای تولید با استفاده از PBF-LB آماده می‌شود.
قطر پایه یک پارامتر مهم در این زمینه است. تنظیمات در طراحی ساختار شبکه امکان خوردگی یکنواخت را در کل اجزا و همچنین خروج محصولات تخریب شده و رشد همزمان بافت در هنگام جذب ایمپلنت توسط بدن فراهم می کند.
در تحقیقات، دانشمندان توانستند با افزودن مقادیر کمی منیزیم به روی، به پالایش دانه و تنظیم هدفمند ریزساختار دست یابند. در غربالگری گسترده آلیاژ از ترکیبات مختلف، از روی خالص گرفته تا آلیاژ Zn8Mg، آلیاژ ZnMg با ≤ ۱ درصد وزنی منیزیم بهترین خواص را برای استفاده به عنوان یک محصول جایگزین استخوان نشان داد. اولین نمایشگر به شکل یک ایمپلنت استخوان فک با ساختار شبکه ای با موفقیت و قابلیت تکرار از این آلیاژ ZnMg ساخته شد. قطر پایه سازه مشبک مورد استفاده در نمایشگر ۲۰۰ میکرومتر است.
ساختارهای اضافی از طریق PBF-LB برای بررسی زیست سازگاری ZnMg ساخته شد. در آینده، این ساختارها در نظر گرفته شده اند تا چارچوبی پایدار برای نفوذ موادی مانند کلاژن یا فیبروین تشکیل دهند و رشد مستقیم استخوان را امکان پذیر کنند.
طراحی سایت در اصفهان : 