SLM制备径向梯度多孔钛/钽的力学性能及生物相容性

作     者：高芮宁 熊胤泽 张航 董兰兰 李剑涛 李祥 Gao Ruining;Xiong Yinze;Zhang Hang;Dong Lanlan;Li Jiantao;Li Xiang

作者机构：上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学附属胸科医院肺部肿瘤临床医学中心上海200240 

出 版 物：《稀有金属材料与工程》 (Rare Metal Materials and Engineering)

年 卷 期：2021年第50卷第1期

页      面：249-254页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(51475293) 上海交通大学医工交叉基金面上项目(YG2017MS60) 上海交通大学医工交叉研究基金(YG2017MS79) 

主　　题：三周期极小曲面 径向梯度多孔钛/钽 激光选区熔化 力学性能 生物相容性 

摘      要：利用增材制造技术制作仿天然骨的径向梯度多孔钛/钽骨科植入物具有广阔的前景。基于三周期极小曲面(triply minimal surfaces,TPMS)建模法建立了平均孔隙率为70%的圆柱型径向梯度孔隙结构,孔隙率由中轴线(90%)向圆周面(30%)逐渐降低。利用激光选区熔化(selected laser melting,SLM)工艺制作径向梯度多孔钛/钽。光学显微镜,扫描电镜,Micro-CT检测结果共同显示,SLM径向梯度多孔钛/钽的孔隙结构与设计特征一致。SLM工艺制作的径向梯度多孔钛/钽的孔隙率分别为73.18%与68.18%。力学测试结果表明,梯度多孔钛/钽的弹性模量分别为(3.96±0.20)与(3.47±0.25)GPa,抗压强度分别为(90.83±3.35)与(93.27±1.24)MPa。梯度多孔钛/钽的弹性模量与抗压强度分别显著高于均匀多孔钛/钽(孔隙率为70.11%的均匀多孔钛弹性模量为(2.34±0.48)GPa,抗压强度为(67.63±1.33)MPa,孔隙率为65.39%的均匀多孔钽弹性模量为(1.69±0.50)GPa,抗压强度为(68.56±0.41)MPa)。体外细胞相容性实验证明,径向梯度多孔钛/钽均具有良好的生物相容性,适合间充质干细胞与肌肉细胞的粘附生长。SLM工艺制作的径向梯度多孔钛/钽比均匀多孔钛/钽具有与天然骨组织更相近的结构与性能,是理想的骨缺损修复替代物。