苏黎世联邦理工学院使用3D打印盐模板法，制备定制孔隙度的镁支架

2019年9月2日，南极熊从外媒获悉，瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH）的材料研究人员开发了一种3D打印工艺流程，可以制备出具有规则孔隙率的镁支架。

据悉，镁是一种可以被人体吸收的矿物质，但由于其活性强易氧化，因此通过常规3D打印技术来打印镁是非常具有挑战性的。苏黎世联邦理工学院研究出一种新的方法，他们使用3D打印盐模板法来制备出具有有序孔隙的镁结构，同时保持其机械稳定性。

虽然这项工作目前只是一个概念证明，但这些镁支架具有制造生物可吸收骨植入物的潜力。

金属植入物通常用于治疗复杂骨折或甚至缺失骨部分。以前，科学家们使用传统材料（如钛和PEKK）进行3D打印植入。这些植入体会一直在体内存在，并且需要长期服用抗排异药物。

相比之下，由轻金属制成的植入物可以在体内生物降解并作为矿物质营养被吸收。可生物降解的镁及其合金作为植入材料是一种有吸引力的替代品。

为了支持骨再生，植入物设计旨在促进细胞粘附和向内生长。孔隙度是促进细胞生长的重要特征之一。盐浸是制备具有多种化学物质的多孔材料的常用技术。然而，其模板方法通常限于制造随机孔隙度和相对简单的宏观形状。

具有定制孔隙度的镁支架

为了创建一个定制的多孔结构，ETH研究人员3D打印了一个盐模板。由于纯食盐不适合3D打印，因此通过调节表面活性剂和溶剂的组成来改变盐基糊剂的流变性。然后通过直接墨水写入网格状结构逐层3D打印浆料。通过打印过程，可以调整盐模板的支柱直径和间距，从而允许结构从亚毫米到宏观尺度。

为了提高机械强度，随后烧结盐结构。为了保持工件的结构，特别选择温度低于焊膏的熔点。

△该团队将NaCl与石蜡油和表面活性剂双（2-乙基己基）磺基琥珀酸钠盐结合，得到可打印的糊状物。 该浆料用于3D打印以产生所需的形状。 将打印的形状干燥并烧结，得到NaCl模板。 图片来自ETH Zurich。

作为概念证明，然后将干燥和烧结的盐模板用镁熔体渗透。 然后，通过用氢氧化钠水溶液浸提除去盐模板。 由于其高度氧化性质和高蒸气压，这对于通过常规AM技术处理而言通常是非常具有挑战性的。

除盐后获得的镁支架具有良好控制的有序孔隙度。

△3D打印的盐模板（左，刻度：1mm），在另一步骤中渗入镁熔体。 在浸出盐之后，具有规则排列的孔的镁保留。 图片来自ETH Zurich。

在生物医学中的应用

可调节的机械性能和可预测的人体生物吸收的潜力使得这些镁支架对于生物医学植入物具有吸引力。 “控制材料中孔径，分布和方向的可能性对于临床成功具有决定性作用，因为骨细胞喜欢长入这些毛孔，”Löffler教授说。 毛孔的生长反过来又决定了植入物在骨骼中的快速整合。 此外，他的团队预计该工艺可以扩展到适应聚合物，陶瓷和其他轻金属的孔隙几何形状。

该篇研究论文“3D Printing of Salt as a Template for Magnesium with Structured Porosity”发表在《Advanced Materials》上。 它由Kleger N，Cihova M，Masania K，Studart AR，LöfflerJF共同撰写。

编译自：3dprintingindustry