激光选区熔化制备锌基金属可降解医用植入体的工艺及性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51875310
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0508.成形制造
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Zn is an essential element in human body. Degradation of Zn is slower than that of Mg and faster than Fe, which is attracting attention as a new biodegradable metal. Selective laser melting (SLM) has unique advantages for manufacturing personalized medical implants with complicated geometry. However, Zn is easy to produce large amounts of metal vapor under the action of laser, resulting in process instability and porosity. SLM processing of Zn faces great challenges, and the current research is very limited. In our previous research, typical implant structures with density over 99.90% were obtained in a reasonable processing window using pure Zn powder, which showed the feasibility of SLM for manufacturing Zinc based metal implants. Although the mechanical properties of pure Zn SLM parts were better than or equivalent to those obtained by most manufacturing methods, they still cannot satisfy the requirements of medical implants. Alloying is the critical issues for practical applications. In this project, Zn alloy medical implants are manufactured by SLM. The effect of metal evaporation and laser energy input on formation quality and micro structure is investigated. The mechanical properties are improved by the optimization of alloying elements and processing parameters. The strengthening technology and mechanism are clarified. The effect of alloying elements, structure geometry and surface quality on bio compatibility and biodegradability is studied. The good bio performance of SLM parts are achieved. The results are expected to provide theoretical basis and experimental data for the application of additive manufacturing of Zn based metals for biodegradable implants.
锌是人体必需元素,降解速度介于镁和铁之间,是一种新型可降解医用金属。激光选区熔化(SLM)在个性化医用植入体制备上具有独特优势,成功用于多种医用金属的增材制造。锌的沸点低,激光熔化时产生大量金属蒸气,导致质量恶化和合金烧损。目前锌金属SLM研究很少,尚无复杂结构成形件及力学和生物性能报道。前期采用纯锌粉末首次制备了锌金属多孔结构和血管支架结构,成形质量良好,初步证明了SLM制造锌金属复杂结构的可行性。纯锌的力学性能尚无法满足植入体要求,本课题采用SLM制备锌合金可降解医用植入体。通过工艺优化获得典型医用植入体结构,研究金属蒸发和激光能量对成形质量和微观组织的作用机理,揭示工艺参数和合金化对力学性能的影响规律及调控机制,提升锌基金属SLM成形件的力学性能,阐明材料成分、几何结构和表面质量对生物相容性和生物降解行为的影响规律,为锌基金属可降解医用植入体的增材制造提供理论依据和应用基础。

结项摘要

锌是人体必需元素,降解速度介于镁和铁之间,是一种新型可降解医用金属。激光选区熔化(SLM)在个性化医用植入体制备上具有独特优势,成功用于多种医用金属的增材制造。锌的沸点低,激光熔化时产生大量金属蒸气,导致质量恶化和合金烧损。目前锌金属SLM研究很少,尚无复杂结构成形件及力学和生物性能报道。前期采用纯锌粉末首次制备了锌金属多孔结构和血管支架结构,成形质量良好,初步证明了SLM制造锌金属复杂结构的可行性。纯锌的力学性能尚无法满足植入体要求,本课题采用SLM制备锌合金可降解医用植入体。通过工艺优化获得典型医用植入体结构,研究金属蒸发和激光能量对成形质量和微观组织的作用机理,揭示工艺参数和合金化对力学性能的影响规律及调控机制,提升锌基金属SLM成形件的力学性能,阐明材料成分、几何结构和表面质量对生物相容性和生物降解行为的影响规律,为锌基金属可降解医用植入体的增材制造提供理论依据和应用基础。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Laser additive manufacturing of Zn porous scaffolds: Shielding gas flow, surface quality and densification
锌多孔支架的激光增材制造:保护气流、表面质量和致密化
  • DOI:
    10.1016/j.jmst.2018.09.065
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    Journal of Materials Science & Technology
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Peng Wen;Yu Qin;Yanzhe Chen;Maximilian Voshage;Lucas Jauer;Reinhart Poprawe;Johannes Henrich Schleifenbaum
  • 通讯作者:
    Johannes Henrich Schleifenbaum
WE43镁合金激光粉末床熔融工艺研究
  • DOI:
    10.3788/cjl202249.1402107
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    尹浜兆;刘金戈;刘冰川;彭勃;温鹏;田耘;郑玉峰;王彩梅;马小林;裴浩同
  • 通讯作者:
    裴浩同
Additively manufactured pure zinc porous scaffolds for critical-sized bone defects of rabbit femur.
  • DOI:
    10.1016/j.bioactmat.2022.03.010
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
    Bioactive materials
  • 影响因子:
    18.9
  • 作者:
    Xia D;Qin Y;Guo H;Wen P;Lin H;Voshage M;Schleifenbaum JH;Cheng Y;Zheng Y
  • 通讯作者:
    Zheng Y
Additive manufacturing of biodegradable Zn-xWE43 porous scaffolds: Formation quality, microstructure and mechanical properties
可生物降解的 Zn-xWE43 多孔支架的增材制造:成型质量、微观结构和机械性能
  • DOI:
    10.1016/j.matdes.2019.107937
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Materials & Design
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Yu Qin;Peng Wen;Maximilian Voshage;Yanzhe Chen;Paul Georg Schückler;Lucas Jauer;D;an Xia;Hui Guo;Yufeng Zheng;Johannes Henrich Schleifenbaum
  • 通讯作者:
    Johannes Henrich Schleifenbaum
Influence of Laser Energy Input and Shielding Gas Flow on Evaporation Fume during Laser Powder Bed Fusion of Zn Metal.
激光能量输入和保护气体流量对金属锌激光粉床熔化过程中蒸发烟气的影响
  • DOI:
    10.3390/ma14102677
  • 发表时间:
    2021-05-20
  • 期刊:
    Materials (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qin Y;Liu J;Chen Y;Wen P;Zheng Y;Tian Y;Voshage M;Schleifenbaum JH
  • 通讯作者:
    Schleifenbaum JH

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    --
  • 作者:
    郑世卿;温鹏;单际国
  • 通讯作者:
    单际国

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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