Cientistas do Skoltech Center for Design, Fabricação, e Materiais (CDMM) desenvolveram um método para projetar e fabricar implantes ósseos de cerâmica em forma complexa com uma estrutura porosa controlável, o que aumenta em grande parte a eficiência da fusão de tecidos. Sua pesquisa foi publicada na revista Ciências Aplicadas.

Os materiais cerâmicos são resistentes a produtos químicos, estresse mecânico, e vestir, o que os torna perfeitos para implantes ósseos que podem ser feitos sob medida, graças à avançada tecnologia de impressão 3-D. Várias estruturas porosas são usadas para garantir o crescimento eficaz das células ao redor do implante. Para que a fusão de tecidos seja mais eficiente, os poros devem ter um tamanho de várias centenas de mícrons, enquanto os implantes podem ser maiores do que os poros em várias ordens de magnitude. Na vida real, um implante com uma estrutura porosa específica deve ter um design personalizado em um período de tempo muito curto. A modelagem geométrica convencional com a representação do objeto limitada à sua superfície não funciona aqui devido à complexa estrutura interna do implante.

Os cientistas da Skoltech liderados pelo professor Alexander Safonov modelaram os implantes usando um método de representação funcional (FRep) desenvolvido por outro professor da Skoltech, Alexander Pasko. "A modelagem FRep de microestruturas tem uma grande variedade de vantagens, "comenta Evgenii Maltsev, um cientista pesquisador da Skoltech e co-autor do artigo. "Primeiro, A modelagem FRep sempre garante que o modelo resultante está correto, ao contrário da representação poligonal tradicional em sistemas CAD, onde os modelos provavelmente apresentam rachaduras ou facetas desarticuladas. Segundo, garante a parametrização completa das microestruturas resultantes e, Portanto, alta flexibilidade na geração rápida de modelos 3-D variáveis. Terceiro, ele oferece uma diversidade de ferramentas para modelar várias estruturas de malha. "

Em sua pesquisa, os cientistas usaram o método FRep para projetar implantes cilíndricos e uma célula de diamante cúbico para modelar a microestrutura celular. O laboratório de fabricação de aditivos do CDMM imprimiu implantes de cerâmica em 3D com base em seu design e os testou sob compressão axial.

Interessantemente, o novo método permite alterar a estrutura porosa de modo a produzir implantes de diferentes densidades para atender às necessidades individuais dos pacientes.