セラミックスの溶融蒸着（FDC）によるβ-リン酸三カルシウム成分のアディティブ製造

Additive Manufacturing of β-Tricalcium Phosphate Components via Fused Deposition of Ceramics (FDC).

• Steffen Esslinger
• Axel Grebhardt
• Jonas Jaeger
• Frank Kern
• Andreas Killinger
• Christian Bonten
• Rainer Gadow

抄録

事故や病気が原因で発生した骨欠損は、患者にとって非常に苦痛なものであり、その治療には高額な医療費がかかります。骨欠損が致命的な大きさに達した場合、体はこの欠損を自力で修復することができません。このような場合には、患者から採取した自家骨、またはリン酸カルシウムのような生体セラミック材料で作られた人工骨移植が必要となる。この研究では、β-リン酸三カルシウム（β-ＴＣＰ）を、ポリ乳酸（ＰＬＡ）およびポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を含むポリマーマトリックス中に分散させた。これらの化合物をフィラメントに押し出し、FDC（Fused Deposition of Ceramics）技術を用いて円筒状の足場を3Dプリントするために使用した。成形後、印刷された部品はデビンダリングされ、焼結された。コンポーネントは、骨の治癒に有益であると考えられている、それぞれ1 mmと0.01 mmの細孔サイズを持つマクロとミクロの細孔を組み合わせた。焼結した円筒状の足場の圧縮強度は、開放空隙率35%で72MPaを超えた。FDCアプローチは、患者固有のバイオセラミック骨移植片を製造するために有望であると思われる。

Bone defects introduced by accidents or diseases are very painful for the patient and their treatment leads to high expenses for the healthcare systems. When a bone defect reaches a critical size, the body is not able to restore this defect by itself. In this case a bone graft is required, either an autologous one taken from the patient or an artificial one made of a bioceramic material such as calcium phosphate. In this study β-tricalcium phosphate (β-TCP) was dispersed in a polymer matrix containing poly(lactic acid) (PLA) and poly(ethylene glycole) (PEG). These compounds were extruded to filaments, which were used for 3D printing of cylindrical scaffolds via Fused Deposition of Ceramics (FDC) technique. After shaping, the printed parts were debindered and sintered. The components combined macro- and micropores with a pore size of 1 mm and 0.01 mm, respectively, which are considered beneficial for bone healing. The compressive strength of sintered cylindrical scaffolds exceeded 72 MPa at an open porosity of 35%. The FDC approach seems promising for manufacturing patient specific bioceramic bone grafts.