Wetenschappers van het Skoltech Center for Design, productie, and Materials (CDMM) hebben een methode ontwikkeld voor het ontwerpen en vervaardigen van complexe keramische botimplantaten met een controleerbare poreuze structuur, wat de efficiëntie van weefselfusie grotendeels verbetert. Hun onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Toegepaste wetenschappen.

Keramische materialen zijn bestand tegen chemicaliën, mechanische spanning, en draag, waardoor ze perfect passen op botimplantaten die op maat gemaakt kunnen worden dankzij geavanceerde 3D-printtechnologie. Er worden verschillende poreuze structuren gebruikt om een ​​effectieve celgroei rond het implantaat te verzekeren. Om weefselfusie efficiënter te laten verlopen, de poriën moeten een grootte hebben van enkele honderden microns, terwijl de implantaten meerdere orden van grootte groter zouden kunnen zijn dan de poriën. In het echte leven, een implantaat met een specifieke poreuze structuur moet in een zeer kort tijdsbestek op maat worden ontworpen. Conventionele geometrische modellering met de objectrepresentatie beperkt tot het oppervlak werkt hier niet vanwege de complexe interne structuur van het implantaat.

Skoltech-wetenschappers onder leiding van professor Alexander Safonov hebben de implantaten gemodelleerd met behulp van een Functional Representation-methode (FRep), ontwikkeld door een andere Skoltech-professor, Alexander Pasko. "FRep-modellering van microstructuren heeft een groot aantal voordelen, " zegt Evgenii Maltsev, een onderzoekswetenschapper bij Skoltech en een co-auteur van het artikel. "Eerst, FRep-modellering garandeert altijd dat het resulterende model correct is, in tegenstelling tot de traditionele veelhoekige weergave in CAD-systemen waar modellen waarschijnlijk scheuren of onsamenhangende facetten hebben. Tweede, het zorgt voor een volledige parametrisering van de resulterende microstructuren en, daarom, hoge flexibiliteit bij het snel genereren van variabele 3D-modellen. Derde, het biedt een diversiteit aan tools voor het modelleren van verschillende mesh-structuren."

In hun onderzoek hebben de wetenschappers gebruikten de FRep-methode om cilindrische implantaten te ontwerpen en een kubusvormige diamantcel om de cellulaire microstructuur te modelleren. CDMM's Additive Manufacturing Lab 3D-geprinte keramische implantaten op basis van hun ontwerp en getest onder axiale compressie.

interessant, de nieuwe methode maakt het mogelijk om de poreuze structuur te veranderen om implantaten met verschillende dichtheden te produceren om aan de individuele behoeften van de patiënt te voldoen.