Impalcatura di sale stampata in 3D per impianti ossei

I chirurghi utilizzano generalmente impianti metallici per fratture ossee complicate o addirittura per parti di osso mancanti. Oltre al titanio, che non interagisce chimicamente o biologicamente con i tessuti, il magnesio e le sue leghe sono i materiali preferiti. Gli impianti realizzati con questo metallo leggero hanno il vantaggio che l'organismo può scomporli e assorbire il magnesio come minerale. Ciò significa che non è necessario un ulteriore intervento chirurgico per rimuovere l'impianto. Per una rapida guarigione, l'impianto o la sua superficie devono essere progettati in modo tale che le cellule che si formano nell'osso possano facilmente colonizzarlo o addirittura crescere al suo interno.

I ricercatori dei materiali dell'ETH di Zurigo hanno quindi sviluppato un nuovo processo per produrre impianti di magnesio che Chi siamo ha numerosi pori disposti in modo regolare e sono comunque stabili. Il loro sviluppo sarà presto pubblicato sulla rivista scientifica pagina esternaMateriali avanzati pubblicato.

Magnesio con porosità strutturata

Per ottenere una struttura di base porosa, i ricercatori hanno prima stampato una struttura reticolare tridimensionale fatta di sale utilizzando una stampante 3D. Poiché il sale da cucina puro e convenzionale non ha le proprietà necessarie per la stampa, i ricercatori hanno sviluppato una pasta di sale simile a un gel per questo scopo. Il diametro dei reticoli e la loro spaziatura possono essere regolati a seconda delle esigenze durante la stampa. La struttura salina è stata poi sinterizzata per stabilizzarla. Durante la sinterizzazione, i materiali a grana fine vengono riscaldati ad alte temperature. Tuttavia, le temperature sono inferiori al punto di fusione del materiale, in modo da conservare la struttura del pezzo.

Nella fase successiva, i ricercatori di materiali hanno infiltrato lo spazio dei pori tra i montanti di sale con magnesio fuso. "Questo materiale grezzo è meccanicamente molto stabile e può essere facilmente lavorato per lucidatura, tornitura e fresatura", spiega Jörg Löffler, professore di fisica e tecnologia dei metalli presso il Dipartimento di scienze ed ingegneria dei materiali. Dopo la lavorazione meccanica, i ricercatori hanno rimosso il sale e ottenuto un impianto di magnesio puro con numerosi pori disposti regolarmente.

Decisivo per il successo clinico

"La capacità di controllare la dimensione dei pori e la loro distribuzione e direzione nel materiale è fondamentale per il successo clinico dell'impianto, poiché le cellule che formano l'osso amano crescere in questi pori", sottolinea l'ETH. Ed è proprio questo che serve per garantire che un impianto cresca rapidamente nell'osso".

Il processo di recente sviluppo per la produzione di tali strutture ausiliarie a partire dal sale lascia ampio spazio ad altri materiali oltre all'infiltrazione di magnesio. I coautori Martina Cihova e Kunal Masania ipotizzano che anche polimeri, ceramiche o altri metalli leggeri possano essere dotati di una geometria dei pori controllata in questo modo.

L'idea del nuovo processo di produzione è stata sviluppata nell'ambito della tesi di Master della prima autrice Nicole Kleger. Il suo lavoro è stato finanziato da una Excellence Scholarship & Opportunity Grant dell'ETH di Zurigo. È stata inoltre premiata con l'ETH per le migliori tesi di Master. La Kleger lavora ora come dottoranda nel Gruppo Materiali Complessi guidato dal Lavorare all'ETH André Studart, sotto la cui supervisione è stata stampata in 3D l'impalcatura di sale. Come parte della sua tesi di dottorato, la ricercatrice sta ora lavorando per sviluppare ulteriormente il processo di stampa 3D.