Scienziati dello Skoltech Center for Design, Produzione, and Materials (CDMM) hanno sviluppato un metodo per progettare e produrre impianti ossei in ceramica di forma complessa con una struttura porosa controllabile, che migliora in gran parte l'efficienza della fusione dei tessuti. La loro ricerca è stata pubblicata sulla rivista Scienze applicate.

I materiali ceramici sono resistenti agli agenti chimici, sollecitazioni meccaniche, e indossare, che li rende perfetti per gli impianti ossei che possono essere realizzati su misura grazie all'avanzata tecnologia di stampa 3D. Varie strutture porose vengono utilizzate per garantire un'efficace crescita cellulare intorno all'impianto. Affinché la fusione dei tessuti sia più efficiente, i pori dovrebbero avere una dimensione di diverse centinaia di micron, mentre gli impianti potrebbero essere più grandi dei pori di diversi ordini di grandezza. Nella vita reale, un impianto con una struttura porosa specifica dovrebbe essere progettato su misura in un lasso di tempo molto breve. La modellazione geometrica convenzionale con la rappresentazione dell'oggetto limitata alla sua superficie non funziona qui a causa della complessa struttura interna dell'impianto.

Gli scienziati di Skoltech guidati dal professor Alexander Safonov hanno modellato gli impianti utilizzando un metodo di rappresentazione funzionale (FRep) sviluppato da un altro professore di Skoltech, Alexander Pasko. "La modellazione FRep delle microstrutture presenta numerosi vantaggi, " commenta Evgenii Maltsev, un ricercatore presso Skoltech e coautore del documento. "Primo, La modellazione FRep garantisce sempre che il modello risultante sia corretto, rispetto alla tradizionale rappresentazione poligonale nei sistemi CAD in cui è probabile che i modelli presentino crepe o sfaccettature disgiunte. Secondo, assicura la completa parametrizzazione delle microstrutture risultanti e, perciò, elevata flessibilità nella generazione rapida di modelli 3D variabili. Terzo, offre una varietà di strumenti per modellare varie strutture mesh."

Nella loro ricerca, gli scienziati hanno utilizzato il metodo FRep per progettare impianti cilindrici e una cella cubica di diamante per modellare la microstruttura cellulare. Gli impianti in ceramica stampati in 3D del laboratorio di fabbricazione additiva di CDMM si basano sul loro design e li hanno testati sotto compressione assiale.

interessante, il nuovo metodo consente di modificare la struttura porosa in modo da produrre impianti di diversa densità per soddisfare le esigenze individuali dei pazienti.