摘要
隨著材料合成和幾何設(shè)計技術(shù)的進步，生物相容性陶瓷材料在骨整合中的應(yīng)用逐漸超越傳統(tǒng)金屬植入物。尤其是基于鈣和磷酸鹽的仿生材料，增材制造技術(shù)，能夠更好地滿足細胞增殖和植入物降解的要求。然而，現(xiàn)有陶瓷支架在承受負荷方面仍面臨挑戰(zhàn)，限制了其在負重解剖部位的應(yīng)用。直接墨水書寫（DIW）技術(shù)因其高精確度和定制化能力而受到關(guān)注，但如何在確保生物相容性和可打印性的同時優(yōu)化機械強度仍是一個挑戰(zhàn)。伊朗科技大學《Ceramics International》發(fā)表了題Calcium-based triphasic powder synthesis for strengthening 3D printed bone scaffolds的研究，通過合成一種包含三種成分的鈣基粉末，來提高DIW 3D打印骨支架的機械性能，以便更好地應(yīng)用于生物醫(yī)學領(lǐng)域。
研究內(nèi)容
本研究的主要內(nèi)容是深入探討生物相容性陶瓷粉末的合成、改性和表征技術(shù)，以提升其在生物醫(yī)學應(yīng)用中的機械性能。合成羥基磷灰石 (HA) 粉末時，考慮到機械混合和老化效應(yīng)，以實現(xiàn)所需的成分和性能。合成的 HA 粉末在各種氣氛下進行煅燒，以評估其對晶體結(jié)構(gòu)的影響。該研究還探索了使用四乙基正硅酸鹽 (TEOS) 用二氧化硅 (SiO2) 涂覆 HA 顆粒以增強表面改性和潤濕性。該過程產(chǎn)生由 HA、磷酸三鈣 (TCP) 和磷酸鈣硅酸鹽 (CPS) 組成的三相粉末。使用能量色散 X 射線光譜 (EDX)、掃描電子顯微鏡 (SEM) 和 X 射線衍射 (XRD) 等技術(shù)分析粉末的形態(tài)。此外，還開發(fā)了一種精煉燒結(jié)工藝，以最大限度地減少開裂體積，與商用材料相比，抗壓強度顯著提高了 117%。最后，通過添加水對粉末進行優(yōu)化，以適應(yīng) 3D 打印。
△圖1，HA表面改性過程。
結(jié)論
- 開發(fā)了一種可用于 DIW 打印的三相粉末，其由 TCP（磷酸三鈣）、HA（羥基磷灰石）和 CPS（磷酸鈣硅酸鹽）組成，各相均勻分布，可依據(jù)應(yīng)用需求（如生物活性、生物降解性和生物相容性）對各相數(shù)量進行調(diào)整。
- 增加 TEOS（正硅酸乙酯）含量可改善材料的機械性能，但也會引入新相（特別是 CPS）。當 TEOS 含量超過 6% 時，微孔性消失，對材料的生物活性產(chǎn)生不利影響；在此閾值以下，二氧化硅均勻分布，在 HA 顆粒周圍形成保護涂層。
- 為 DIW 3D 打印準備的陶瓷漿料包含特定成分，其中 61.3% 的固體三相粉末作為主要結(jié)構(gòu)成分。
- 采用精細的燒結(jié)工藝（包括水蒸發(fā)和聚合物燃燒等精確步驟）可減少表面不規(guī)則性和微表面裂縫，從而增強材料的結(jié)構(gòu)完整性。
