Bone implant production process combines 3D printing and plasma coating / Il processo di produzione di impianti ossei combina la stampa 3D e il rivestimento al plasma
Researchers in Germany have developed an advanced 3D printing technique that could be used to make bone implants that are more precisely fitting and stable than those produced using conventional techniques.
According to the group from the Fraunhofer Institute for Surface Engineering the secret lies in the printing process, where the individual layers are treated with a cold plasma in order to improve the bonding of bone-forming cells.
Whereas conventional surface treatments using low-pressure or atmospheric pressure techniques have a limited penetration into the interior of bone implants, the new method makes it possible to apply a cell-growth-promoting coating to the interior of the implants.
The team’s technique works by blowing a cold jet of plasma containing reactive groups directly onto the printed layers. The amino groups bond with the surface and ensure that bone cells find a convenient substrate to which they readily adhere.
A unique feature of the technique is that the 3D printing and coating processes go hand in hand and are combined in one device. Because no chemical pre-treatment with solvents is required for the coating, it is not only cost-effective, but environmentally friendly also. The scaffold around which the implant is built is made from a special copolymer that is modelled on the natural bone.
The 3D printing technique permits very individual, precisely fitting design and stability. “Our goal is for the bone cells to grow into the synthetic structure as quickly as possible and finally replacing the implant which is broken down gradually by the body’s own enzymes,” explained Dr. Jochen Borris, who heads up the Life Science and Ecology business unit at Fraunhofer IST.
The mechanical stability of the implant can be controlled not only via the density of the printed scaffold structure, but also via special fillers that are added to the copolymer: the higher the filler concentration, the greater the stability. Moreover, active drug ingredients such as antibiotics can be incorporated in the filler to reduce the risk of infection.
The project team is now working on simplifying the process and looking for industrial partners who may be able to help bring the technique to market.
ITALIANO
I ricercatori in Germania hanno sviluppato una tecnica di stampa 3D avanzata che potrebbe essere utilizzata per realizzare impianti ossei più precisi e stabili rispetto a quelli prodotti con tecniche convenzionali.
Secondo il gruppo dell'Istituto Fraunhofer per l'Ingegneria delle superfici, il segreto sta nel processo di stampa, in cui i singoli strati vengono trattati con un plasma freddo per migliorare l'adesione delle cellule che formano l'osso.
Mentre i trattamenti superficiali convenzionali con tecniche a bassa pressione o a pressione atmosferica hanno una penetrazione limitata all'interno degli impianti ossei, il nuovo metodo consente di applicare un rivestimento promotore della crescita cellulare all'interno degli impianti.
La tecnica del gruppo funziona soffiando un getto freddo di plasma contenente gruppi reattivi direttamente sugli strati stampati. I gruppi amminici si legano alla superficie e assicurano che le cellule ossee trovino un substrato conveniente a cui aderiscono prontamente.
Una caratteristica unica della tecnica è che i processi di stampa e rivestimento 3D vanno di pari passo e sono combinati in un unico dispositivo. Poiché per il rivestimento non è richiesto alcun pretrattamento chimico con solventi, non è solo economico, ma anche ecocompatibile. L'impalcatura attorno alla quale è costruito l'impianto è costituita da uno speciale copolimero modellato sull'osso naturale.
La tecnica di stampa 3D consente un design e una stabilità molto individuale e preciso. "Il nostro obiettivo è che le cellule ossee crescano nella struttura sintetica il più rapidamente possibile e, infine, sostituiscano l'impianto che viene gradualmente eliminato dagli enzimi del corpo", ha spiegato il dott. Jochen Borris, responsabile del settore Life Science and Ecology unità presso Fraunhofer IST.
La stabilità meccanica dell'impianto può essere controllata non solo tramite la densità della struttura dell'impalcatura stampata, ma anche tramite speciali riempitivi aggiunti al copolimero: maggiore è la concentrazione del filler, maggiore è la stabilità. Inoltre, gli ingredienti attivi della droga come gli antibiotici possono essere incorporati nello stucco per ridurre il rischio di infezione.
Il gruppo del progetto sta ora lavorando alla semplificazione del processo e alla ricerca di partner industriali che potrebbero essere in grado di contribuire a introdurre la tecnica sul mercato.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/bone-implant-production-process/?cmpid=tenews_6866047&utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=tenews&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79
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