تشكيل شبه نهائي لنتريد السيليكون المسامي بتقنية DIW

مقدمة

وقد حقق الباحثون، من خلال مجموعة ذكية من مفاتيح كتابة الحبر المباشر ورد الفعل، " تنقية غير مباشرة " من السيراميات المتعددة البوبليات السليفة، مع معدل انكماش إجمالي يقل عن ١ في المائة، مما فتح مسارات جديدة أمام دقة زرعات العظام الفردية.

In the field of osteoporosis, si3N4 ceramics have been placed in high hopes because of their excellentميكانيكيs, excellent biological compatibility and unique antibacterial properties. غير أن الأساليب التقليدية للتصنيع - مثل تكوين الضغط الجاف وانبعاث الجيل - تبدو غير كافية في إعداد زرعات معقدة وشخصية. فبناء المواد، ولا سيما تكنولوجيا الكتابة بالحبر المباشر، يمكن أن يبني هياكل معقدة عن طريق استخراج السيراميات ذات الكثافة العالية، ولكن " نمر رطب " ظل يطارد الباحثين منذ زمن طويل: انكماش كبير في عملية التسلل.

وفي الأيام الأخيرة، نشر فريق البحوث الجامعية دراسة في مجلة " سيراميك " الأكاديمية بعنوان " تشكيل شبكة الإنترنت من الانضباط الإجمالي مقابل التوجيه وطباعة التفاعل " ، وقد تمكن من وضع حل باستخدام مرفق الطباعة 3D التابع لشركة ADT-DIW، يجمع بين الكتابة المباشرة ومفاتيح رد الفعل، مدعومة بعملية تجفيف مبردة، التي حققت بنجاح معدلا أقل من الانكماش الكلي. وهذا يعني أن رف الخزف المطبوع يكاد يكون حجم المنتج النهائي.

طاء - أزرار الاستجابة: العزل للتعويض عن الحرق

جوهر هذه الدراسة جيد ويُعزى تداخل السيراميات التقليدي إلى تقلص جسيمات المسحوق في درجات حرارة عالية وانخفاض طبيعي في الحجم. وقد توصل الباحثون إلى نهج مختلف - وهو الأخذ ب " جانب " في عملية الحرق.

يستخدمون خليط من مسحوق السيليكون ومسحوق السيليكون ويتفاعل مسحوق السيليكون في الموقع مع النيتروجين عندما يحترق في الغلاف الجوي للنيتروجين، ينتج النيتروجين السيليكون. ورافق هذا التفاعل الكيميائي زيادة في الحجم بنسبة 21 في المائة.

ويمكن استخدام معدل التضخم البالغ ٢١ في المائة في " وقف " الانكماش في الفترات اللاحقة. وبالتحكم بدقة في نسبة مسحوق السيليكون إلى مسحوق السيليكون الموجود على النيتروجين، يمكن للباحثين أن يوازنوا توازناً دقيقاً بين التوسع والانكماش، مثل الجداول المعدلة، مما يؤدي إلى انكماش صاف قريب من الصفر.

II. Frozen drying: containing dry contraction

على أي حال، ليس كافياً للرد فقط. وهناك خطوة رئيسية للتجفيف قبل أن يبدأ المقطع بعد الطباعة. وفي عملية التجفيف أو التدفئة الطبيعية التقليدية، مثل التبخرات المذيبة، يسحب السباكة السببية جسيمات السيراميكية، مما يؤدي إلى انكماش جاف كبير (يصل عادة إلى 5-10 في المائة) من الجسم، وهو ما يكفي لتعطيل الهدف القريب من الناموسيات.

قام فريق البحث بتجفيف البرد ويتجمدون بسرعة الجسم بعد طبعه، ويحولون المذيب (الماء) إلى ثلج صلب، ثم في فراغ، يرتفع الجليد مباشرة إلى بخار الماء. ونظرا لانعدام التوتر السطحي في المياه السائلة، تم القضاء تماما على النواة. وتبين النتائج التجريبية أن التجفيف المتجمد يقلل من معدل الانكماش الجاف إلى 0.26 في المائة فقط، وهو ما يكاد لا يذكر.

ثالثا - الهياكل الدقيقة والميكانيكية

إلى جانب دقة الأبعاد درس الباحثون أثر نسبة السيليكون إلى نيتريد السيليكون ودرجة حرارة التلبيد في الخواص النهائية. تشير النتائج إلى إمكانية التشكيل قريب الشكل النهائي مع ضبط البنية المجهرية والخواص الميكانيكية.

عند التلبيد في 1700 °C كوّنت عينة Si6SN4 المحتوية على 60% سيليكون بنية متشابكة من حبيبات β-Si₃N₄ ممدودة ومتداخلة. بلغت أعلى مقاومة انحناء مبلغ عنها 235.12 MPa. هذه نتيجة ميكانيكية مخبرية مشجعة، لكنها لا تثبت وحدها صلاحية غرسة عظمية حاملة للأحمال أو اعتمادها سريريًا.

ومما يثير الدهشة أكثر أن الرطوبة السطحية للمواد قد تغيرت تغيرا كبيرا مع الزيادة في مستويات بيتا - سي 3N4. The water contact angle was reduced from 112° (water extraction) to 60° (baby water). أما بالنسبة لزرع العظام، فإن السطح المتماسك أكثر مواتاةً للارتقاء بالزنزانة، والتوالد، وتكامل العظام، وهو شرط أساسي لدمج المزروعات بقوة بالعظام البشرية.

رابعا - الآثار البحثية والتحقق من الحدود

تقترح الدراسة مسارًا لتصنيع سيراميك نيتريد سيليكون مسامي عالي الدقة والمقاومة، وتدعم البحث في الغرسات العظمية المخصصة. الانتقال السريري يظل محتاجًا إلى اختبارات بيولوجية وميكانيكية وتنظيمية خاصة بالجهاز المقصود.

تخيل السيناريو المستقبلي: يعاني المريض من كسور بسبب إزالة ورم العظام أو الكسور الشديدة. The doctor obtained three-dimensional data on the missing parts through a CT scan, and the engineers used DIW technology to printed directly the nitrogen silicate supports that matched the missing integrity. وبعد حرق رد الفعل، كان طول الإطار متطابقا تقريبا مع خطة التصميم، ولم يكن يلزم إجراء تجهيز ثانوي. وبعد زرعها، يؤدي الهيكل القطبي إلى نمو النسيج العظمي، ويعزز السطح اللاصق ضم الخلايا ويؤدي في نهاية المطاف إلى تكامل صلب بين الزرع وعظام البشر.

وبطبيعة الحال، لا يزال هناك طريق طويل للخروج من نتائج المختبرات إلى التطبيقات السريرية. وستحتاج الدراسات المقبلة إلى زيادة تحسين بارامترات العمليات إلى أقصى حد، واستكشاف تصميمات هيكلية أكثر تعقيدا، وإجراء تقييم شامل للقابلية للاختراق الحيوي والقابلية للاختبار. غير أنه لا يمكن إنكار أن الدراسة فتحت بابا جديدا لتصنيع السيراميات - وهو باب يؤدي إلى " الانكماش الصفري، والدقة العالية، والتكييف " .

المراجع

معلومات الاقتباس الورقي: