11.11.2020
Сколтех
448

В Сколтехе придумали новый метод изготовления костных имплантов

4.3

Ученые из Центра Сколтеха по проектированию, производственным технологиям и материалам (CDMM) разработали метод проектирования и изготовления керамических костных имплантов сложной формы с контролируемой структурой пористости, что значительно повышает эффективность сращивания биологических тканей.

Структура костных имплантов / ©Павел Одинев / Пресс-служба Сколтеха

Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Sciences. Керамические материалы устойчивы к химическому и механическому воздействию и демонстрируют высокую износостойкость, что делает их подходящими для производства костных имплантов.

Современные технологии 3D-печати позволяют создавать керамические костные импланты по индивидуальному дизайну. Для успешного разрастания клеток в зоне костного импланта используются различные пористые структуры. Для того, чтобы процесс сращивания тканей происходил более эффективно, необходимо, чтобы поры имели размер порядка несколько сотен микрометров.

При этом размер имплантов может превышать размер пор на несколько порядков. При практическом применении все изготавливаемые имплантаты должны быть кастомизированы, то есть проектироваться исходя из особенностей пациента. Это приводит к очевидной проблеме быстрого проектирования имплантов с заданной структурой пористости. Традиционные методы геометрического моделирования, основанные на поверхностном представлении модели здесь неприменимы из-за сложной внутренней структуры объектов.

Ученые из Сколтеха под руководством профессора Александра Сафонова для моделирования имплантов использовали метод, основанный на функциональном представлении (Function Representation — FRep), который был разработан другим профессором Сколтеха Александром Пасько.

«Моделирование микрострутктур с использованием FRep имеет ряд преимуществ, – рассказывает соавтор статьи научный сотрудник Сколтеха Евгений Мальцев ­– во-первых, в процессе FRep моделирования всегда гарантируется корректность полученной модели, в отличие от традиционного полигонального представления в системах автоматического проектирования, в которых высока вероятность получить трещины или нестыковки граней модели.

Во-вторых, это полная параметризация получаемых микроструктур, что дает высокую гибкость в быстрой генерации вариабельных 3D-моделей. В-третьих, это наличие различных инструментов для моделирования различных сеточных структур».

В новой работе были спроектированы цилиндрические имплантаты с использованием метода FRep. При моделировании ячеистой микроструктуры за основу была взята кубическая ячейка алмаза. Далее в лаборатории Аддитивного производства Центра CDMM были изготовлены керамические образцы имплантатов методом 3D-печати и были проведены механические испытания изготовленных образцов при осевом сжатии. За счет изменения пористой структуры, метод позволяет получать импланты разной плотности индивидуально под каждого пациента. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
24 января
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

Вчера, 16:42
Илья Ведмеденко

Украина, вероятно, потеряла недавно запущенный космический аппарат «Сич-2-30». Пока с ним нет устойчивой связи — или совсем никакой.

Вчера, 13:43
Александр Березин

Пока Германия закрывает свои последние реакторы, КНР планирует ввести 150 новых атомных энергоблоков в ближайшие 15 лет. И часть из них будет вырабатывать совсем не электричество, а нечто, многократно более востребованное нашей цивилизацией: тепло. На отопление человечество тратит намного больше энергии, чем на электроэнергетику, а отапливаться от солнечных батарей и ветряков не выйдет наверняка. Несколько процентов от выработки электроэнергетики и сегодня уходят на отопление — но более 90% нужды в тепле покрывает не она, а обособленная от нее теплоэнергетика, в виде котельных в жилых кварталах и газовых котлов в отдельно стоящих домах. Заменить эти источники одной электроэнергией невозможно: от нее тепло будет выходить в несколько раз дороже.

24 января
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

21 января
Илья Ведмеденко

Заслуженные штурмовики A-10 и Су-25, которым дали прозвища «Бородавочник » и «Грач» соответственно, много десятилетий стоят на службе в Соединенных Штатах и России. Страны избрали разные подходы к модернизации этих самолетов, и сегодня Naked Science постарается понять, какой из них больше соответствует требованиям XXI века.

23 января
Илья Ведмеденко

(16) Психея – одно из самых необычных небесных тел в Поясе астероидов. Она может дать людям не только понимание о происхождении планет, но и невероятные по своим объемам ресурсы. Правда, придется подождать: миссия по исследованию астероида находится лишь в самом начале долгого и сложного пути.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

20 января
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

24 января
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: