עיצוב ביו-חומרים ליישום עומס: קלקלציות מפתח ובחירת חומרית

תכנון ביו-חומרים ליישומים נושאי עומס מייצג את אחד האתגרים הקריטיים ביותר בהנדסה ביו-רפואית. ההצלחה של שתלים אורתודודיים, אסתטיקה שיניים, מכשירי תיקון ספיןל, ומכשירים רפואיים אחרים הקשורים לעומס תלוי בבחירה זהירה של חומרים חישובים הנדסיים מדויקים המבטיחים בטיחות, עמידות ותפקוד ארוך טווח.

ידע על חומרים ביו-חומריים: מושגים בסיסיים

ביו-חומרים עמוסים חייבים לעמוד בפני כוחות מכניים משמעותיים תוך שמירה על ביו-התאמה ושילוב עם רקמות הסובבות. biomaterials מתכתlic חיוניים לתיקון או החלפת רקמת העצם המוזיקה בשל עוצמתם המכנית הגבוהה ונוקשות השבירה, מה שהופך אותם מתאימים יותר ליישומים עמוסים מאשר קרמיקה או חומרים פולימריאים.חומרים אלה עומדים בפני אתגרים ייחודיים המבחינים אותם מיישומים ביו-רפואיים אחרים, כולל עומסים, פיזיולוגיים, פיזיולוגיים, פיזיולוגיים, פיזיולוגיים, פיזיולוגיים, וצריכים פיזיולוגיים, ומשתנים ליציבות לטווח ארוך.

מערכת השלד האנושי חווה דפוסים מורכבים של טעינה במהלך פעילויות יומיומיות.הליכה מייצרת כוחות בערך 2-3 פעמים משקל גוף על מפרקי הירך, בעוד ריצה יכולה לייצר כוחות מעל 5 פעמים משקל גוף. Implants חייב לסבול מיליוני מחזורי טעינה על חיי השירות שלהם, מה שהופך את העייפות התנגדות לפרמטר עיצוב קריטי.במערכת השלד בריאה, עצמות חיים דינמיות שעוברות כל הזמן תגובה לגירויים מכניים, כאשר הן יכולות להיות ממושכות יותר, כמו לחץ חזק יותר, או לחץ חזק יותר, כמו לחץ חזק יותר, או לחץ חזק יותר, או לחץ חזק יותר, כמו לחץ חזק יותר, או לחץ חזק יותר, כמו לחץ חזק יותר, כמו לחץ על ידי גירוי מכני, או לחץ חזק יותר, כמו לחץ על ידי לחץ על ידי מתח חזק יותר, או לחץ חזק יותר, או לחץ חזק יותר, או לחץ חזק יותר, על ידי ירידה בלחץ חלש, על ידי לחץ על ידי שינוי לחץ על ידי שינוי חום חזק יותר, על ידי מתח חזק יותר, על ידי לחץ על ידי שינוי חום חזק יותר, על ידי שינוי חום חזק יותר, על ידי לחץ חזק יותר, על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי שינוי חום חזק יותר, על ידי ירידה בלחץ חלש, על ידי לחץ חזק יותר, כמו לחץ חזק יותר,

בחירת חומרים קריטריה עבור יישומים טעינה-Bearing

בחירת ביו-חומרים מתאימים ליישומים של עומס דורש הערכה של גורמים מקושרים מרובים.חומר השתל אידיאלי צריך להיות ביו-אי-תואמים, עם קשיחות נאותה, כוח, קורוזיה, לביבש והתנגדות שבורה.תהליך הבחירה חייב לאזן ביצועים מכניים, תאימות ביולוגית, תאימות ייצור שיקולים של עלויות.

דרישות קניין מכני

התכונות המכאניות של ביו-חומרים קובעות את יכולתם לעמוד בעומסים פיזיולוגיים ללא כישלון.מאפיינים מכניים מרכזיים כוללים חוזק רב-עוצמה דחוס, כוח התשואה, מודלוסים אלסטיים, התנגדות עייפות ונוקשות שבורה.כל נכס ממלא תפקיד ספציפי בביצועי השתל וחייב להיות תואם בקפידה לדרישות היישום.

המודולו של יאנג, או מודלוס אלסטי, מייצג את הנוקשות וההתנגדות של החומר לעיוות אלסטי.המודולולוס של יאנג הוא מאפיין המתאר את התגובה של חומר ללחץ, אשר ניתן להשתמש בו כדי להבין את תופעת ביו-קופטיות מכנית.לדוגמה, בעוד שמודולוס של GP הצעיר של העצם הוא בערך 10-30 GPa, זה של שניים רגילים עבור מתכות, 316V סגסוגת העצם, שבו הוא בערך 110-A-6 של חום.

כאשר שתל מוצג, במיוחד אחד שהוא נוקשה יותר באופן משמעותי מאשר רקמת העצם הסובבת, הוא משנה את חלוקת הלחץ הטבעית בתוך העצם. וכתוצאה מכך, העצם סביב חוויות השתל מופחתת טעינה מכנית, או מה שנקרא "מגן מתח", המוביל לירידה בפעילות השיפוץ הטבעית שלו.עם הזמן, זה יכול לגרום לאובדן עצם או נחלש באזורים לא נתון ללחץ מכני רגיל, תופעה ידועה כמו disuse או או או אוסטאופורוזיס.

זמינות ביולוגית ואינטגרציה ביולוגית

ביו-קו-התאמה כוללת את היכולת של החומר לבצע את הפונקציה המיועדת שלו ללא עוררות תגובות מקומיות או מערכתיות שליליות.המחסום העיקרי לאימוץ של ביו-חומרים הוא דחייה חיסונית, כמו החלפת העצם והשתלות החיים כיום דורשות ביו-גמישות בנוסף לנכסים מכניים וביולוגיים של הביו-חומר.זה כולל שיקולים של cytotoxicity, אימונוגניות, תת-פוגניות, וסרטן.

תכונות Surface משפיעות באופן משמעותי על תגובות ביולוגיות.פסיווינטציה, כימיה ואנרגיה משפיעים על מודעות חלבון, על דבקות תאים ושילוב רקמות. Osseointegration - מונח שטבע כדי לתאר את הקשר המבני והתפקודי הישיר בין עצם חיה לבין פני השתל - שהושאר בעידן חדש של אפשרויות רפואיות.המימוש כי titanium יכול לשמש כ"מעורר" תמיכה - אם לא היה להוביל לאינטגרציה או לאינטגרציה, או לשילוב של אינטגרציה, או מהפכה, או מהפכה, או אינטגרציה, או אינטגרטיבית.

התנגדות קורוזיה ודהגרדציה

הסביבה הפיזיולוגית מציגה מדיום קורוזיבי מאוד עם ions, חלבונים, ורמות pH שונות.שתלי מתכת חייבים להתנגד להשפלה אלקטרו-כימית כדי למנוע אובדן חומרים, נחלש מכני, ושחרור של חומרים רעילים פוטנציאליים. טיטניום (Ti) חומרים כגון טיטניום טהור מסחרית (CP Ti) ו- Ti ⁇ s משמשים נרחב ברפואה ורופא השיניים בגלל תפקוד גדול שלהם, כוח שיניים גבוה, ביצועים ספציפיים, כוח רופאי שיניים.

עבור שתלים biodegradable, השפלה מבוקרת הופכת פרמטר עיצוב ולא מצב כשל.קצב ההשפלה חייב להתאים רקמות ריפוי והתחדשות קווי זמן, שמירה על תמיכה מכנית במהלך שלבי ריפוי קריטיים תוך העברת עומס בהדרגה לייצור רקמות.

ביו-חומרים נפוצים עבור יישומים של טעינה-Bearing

כמה שיעורים חומריים הופיעו כסטנדרטים עבור יישומים ביו-רפואיים, כל אחד מציע יתרונות ומגבלות ברורים.הבנת תכונות אלה של חומרים מאפשר בחירה מושכלת עבור יישומים קליניים ספציפיים.

טיטניום טיטניום Alloys

⁇ טיטניום הופיעו כחומר מתכתי המצליח ביותר אי פעם להיות מיושם בתחום ההנדסה הביו-רפואית.בגרעין ההצלחה הזו הוא השילוב של יכולת מסנטר, כוח מכני, ביו-גמישות, והתנגדות קורוזיה.שילוב ייחודי זה של תכונות שימושיות הציב ⁇ טיטניום כחומר חיוני עבור יישומים הנדסיים ביו-רפואיים, המאפשר טיפול בטוח, יציב ויעיל יותר עבור טיפולים שונים של סוגים שונים של פתולוגיים.

על פי האגודה האמריקנית לבדיקת חומרים (ASTM), ישנם שישה סוגים שונים של טיטניום זמין כמו שתל ביו-חומרים. בין ששת החומרים האלה, ישנם ארבעה ציונים של טיטניום טהור (CpTi) ושני ⁇ טיטניום (Ti) סגסוגת.שני ⁇ s הם Ti-6Al-4V-Iex (tra-APTs) ו- ⁇ תוכן מכני מבוסס על סגסוגת חמצן.

המודולולים של יאנג של α + β-type Tiסגסוגת (100-111 GPa) הוא חצי מאלה של פלדה מסוג 316L נירוסטה (200 GPa) ו Cobalt (Co)-chromium (Cr) -molybdenum (Mo) ⁇ (Mo) (-220 GPa), אשר מהווה יתרון גדול למנוע ממגן בלוחות העצם וגזעים מלאכותיים של מפרקי תת-חמצני מספק אפקטים מכניים יותר.

באורתופדים, טיטניום היא הבחירה הנפוצה ביותר עבור רכיבים העוברים כבד, מחזורי מכני soliצטט, במיוחד עבור גזעים וכוסים ב articulations כגון כתף, ירכיים, הברך וקרסול, המדגים את הגמישות שלה על פני יישומים מרובים של החלפת מפרקים.

כלולים פלדה ללא ספק

מאז 1930, נירוסטה פלדה (SS) כבר חומר נפוץ ליצירת לוחיות תיקון העצם. Stainless פלדה מתייחס מגוון של ⁇ מבוסס ברזל המכיל כמות משמעותית של כרום (11-30wt%) ורמות שונות של ניקל. 316L נשאר בשימוש נרחב עבור התקנים זמניים עבור תיקון בשל כוח מכני מעולה שלה ועלות יעילה.

טיטניום מציע ביו-תחרותיות מעולה והתנגדות קורוזיה, בעוד נירוסטה פלדה מספקת כוח מכני גבוה בעלות נמוכה יותר. עם זאת, נירוסטה פלדה נוטה יותר קורוזיה בהשוואה טיטניום יכול לפעמים לגרום רגישות מתכת בשל נוכחות של ניקל.מסיבה זו, זה נפוץ יישומים זמניים שבו עלות יעילות וכוח מכני הם סדרי עדיפויות.

קובלט-Chromium Alloys

Cobalt-chromium-molybdenum ⁇ s מציעים התנגדות ללבוש יוצאת דופן וכוח גבוה, מה שהופך אותם מתאימים משטחים articulating בחליפים משותפים.בין החומרים שנחקרו, ראשי ⁇ טיטניום סגסוגת פניות הציג את הבל הגבוה ביותר (74.3%) נגד פוליאתילן, בעוד cobalt-chrome-molybdenum (Co-C-Mo) היו סגסוגת הנמוכה ביותר עבור כיבפסים גבוהים במיוחד.

עם זאת, חששות לגבי שחרור יון מתכת ותגובות רקמה שליליות פוטנציאליות גרמו למחקר חומרים חלופיים וטיפולים על פני השטח.התרופה לימטית ואקלטיסה המשויפית (ALVAL) היא תגובה דלקתית הקשורה ללבוש בהסתברות מתכת-על-על-מטרית, שבו רמה גבוהה בלבוש שחרור מושרה של Cr ו-Coions מפני פני השטח גורם תגובה חיסונית רגישה ונזק רקמות.

חומרים כימיים צוואר הרחם

ביוceramics, כולל alumina, zirconia, ו-Sild פוספטים סידן, מציעים ביו-תחרות מעולה ללבוש התנגדות. Ceramics צבר פופולריות בתעשייה האורתופדית בשל ההתנגדות ללבוש העליון שלהם ו- bio-integration. הם משמשים לעתים קרובות עבור תחליף משותף ולא תיקון שבר.חומרים אלה הם מאוד עמידים, צמצום חיכוכים ולהגדיל את החיים, בנוסף לדלקתיים מסוימים, הם זקוקים לשרירים.

מאמר זה מציע נתיבים אסטרטגיים למחקר עתידי על ידי אימת מגבלות נוכחיות, כולל קיבולת עומס מוגבלת, וקשיים בייצור בקנה מידה גדול.למרות המגבלות האלה, קרמיקה ממשיכה למצוא יישומים בהקשרים ספציפיים, במיוחד כאשר בשילוב עם חומרים אחרים במבנים מורכבים.

biomaterials

ביו-חומרים פולימרים סינתטיים או טבעיים המהנדסים ממשק עם מערכות ביולוגיות עבור שתלים, הנדסת רקמות, מערכות תרופות-delivery, ומוצרי טיפול פצע, המציעים יכולת ביולוגית טונה, כוח מכני ונכסים מבוקרים-release. פולימרים נפוצים כוללים פולימרים נפוצים כוללים פוליתרזון (PEEK), אולטרה-גבוה-מולקולארין (HPE), ופוליאת'י (PEEK), ופולית-moacry (PM) (PM).

זה משמש נרחב כמו מלט העצם, חומר אסתטי שיניים, רכיב אקרילי עומס, המציע ביצועים מכניים חזקים וניסיון קליני ארוך ניתוח אורתודי ודנטלי. PMMA משמש כמלט העצם בחליפים משותפים, מתן תיקון מיידי ועומס העברה.

PEEK הוא פולימר בעל ביצועים גבוהים שמצא את הנישה שלה בניתוחים ספיןאלים אוטופודיים.תכונותיו הגמישות מאפשרות הפצה טובה יותר ללחץ, צמצום הסיכון של כישלונות.בהירות הרדיו של PEEK גם מקלות הדמיה לאחר הניתוח ללא חפצים.

בהשוואה למתכות וקרמיקה, ביו-חומרים פולימריים יש לעתים קרובות כוח נמוך יותר ועמידות, אשר מגבילים את השימוש שלהם בשתלים נושאי עומס.זה מגביל את אימוץ שלהם ביישומים מסוימים שבהם נדרשת עמידות ארוכת טווח.

חומרים משותפים ו היברידיים

ביו-חומרים Composite משלבים את נקודות החוזק של חומרים בודדים להציע ביצועים מכניים מעולים ופונקציונליות ביולוגית.חומרים מתקדמים אלה מטפלים במגבלות של מערכות חד-חומריות על ידי שילוב תכונות משלימים.

טיטניום-צפרדעים (TCC) הופיעו כבחירה חומרית מבטיחה עבור שתלים אורתופדיים בשל השילוב הייחודי שלהם של כוח, ללבוש התנגדות, והתאמה ביולוגית להשתלת עצמות ו osteointegration. אלה ממריצים את המאפיינים המכאניים של טיטניום תוך שילוב של שלבים קרמיקה עבור ביואקטיביות מוגברת והתנגדות לביש.

מחקר עדכני התמקד בפיתוח פיגומים חיים חזקים המשלבים קשיחות וcytocompatibility דרך שתי גישות עיקריות: חיזוק מכני של הידרוג'ל תאים ועיצוב של פיגוגל היברידית פולימר-hydrogel. גישות חדשניות אלה נועדו ליצור חומרים התומכים הן פונקציה מכנית והן חידוש ביולוגי.

⁇ מכנית חשובה עבור עיצוב ביו-חומרי

חישובים מכניים מדויקים מהווים את הבסיס של עיצוב ביו-חומרי בטוח ויעיל.מהנדסים חייבים לכמת מתח, מתח ועיוות כדי לחזות התנהגות השתלת בתנאי טעינה פיזיולוגיים. חישובים אלה להבטיח כי חומרים יכולים לעמוד בפני כוחות צפויים לאורך חיי השירות שלהם ללא כישלון.

ניתוח מתח

מתח מייצג את הכוח הפנימי של האזור ליחידה בתוך חומר והוא חיוני להבנת התנהגות חומרית תחת עומס.משוואה הלחץ הבסיסית היא:

(ב) ⁇ = F / AFLT

כאשר ⁇ הוא מתח (בדרך כלל נמדד פסקלים או MPa), F הוא הכוח החל (ב ניוטון), ו A הוא האזור חוצה-שטח (במטר מרובע או מ"מ רבוע) מערכת יחסים פשוטה זו תחת ניתוחי מתח מורכבים יותר.

(ב) תרחישים של טעינה תלת-ממדית, הלחץ הופך להיות כמות של עשרות או יותר עם לחצים רגילים (tensile or דחוסים) ו- Shear מדגיש.עבור מצב מתח מלא, מהנדסים חייבים לשקול רכיבים מתח בכל הכיוונים: ⁇ FLT:0xuaFLT:1, ⁇ Fir: 7 LTx: 7 LTFir 3 LT) LT 10.

לחצים ראשיים מייצגים את הלחץ הנורמטיבי המקסימלי והמינימום בנקודה, המתרחשים במטוסים שבהם מתח הרהר שווה אפס. אלה מחושבים באמצעות ניתוח ערכי אגניים של מתח עשרות, והם קריטיים לחיזוי כשל על פי קריטריונים שונים של כישלונות.

לחץ על פון מיז, כמות סקארית שמקורה במתח, נפוץ לנבא תשואה בחומרים דוקטריליים:

(ב) ויקרא י"ד): "וַיַּהְמַרְתָּבְהִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִי" (בְהִדָּבְתָּבְתָּבְתָּבְתָּבְתָּבְתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

המונחים:

סטרין מגדירה את העיוות היחסי לממדיים מקוריים, ומספקת מידה חסרת ממד של תגובה חומרית ללחץ.הנדסה (נקראת גם זנים נומינאליים) מוגדרת כ:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כאשר ε הוא זן, ⁇ L הוא השינוי באורך, ו Líph:00maxearFLT:1 הוא אורך מקורי. עבור עיוותים קטנים אופייניים יישומים ביו-חומריים, מאמץ הנדסי מספק דיוק הולם.

זן אמיתי מהווה שינויים רצופים במימדים במהלך עיוות והוא מחושב כמו:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Shear זנים ( ⁇ ) מודד עיוות זוויתי ומתייחס ללחץ Shear באמצעות ה- Shear Modulus (G):

(ב) ⁇ = ⁇ / GFLT 1

יחסו של פומפסון ( ⁇ ) מתאר את היחסים בין זנים אקסקליים ומאוחרים יותר במהלך טעינה לא-שיקלית:

(ב) ויקרא י"ד): "וַיְּבְהִיתִיא עַמְתָּבְתָּבְהִיתִיתִי" (בראשית כ"ד, כ"ד)

עבור רוב המתכות, יחסו של פומפסון נע בין 0.25 ל 0.35, בעוד העצם משתנה בין 0.2 ל 0.4 בהתאם לנטייה וצפיפות.

« « ספקטרום חומרים / The Materials Stiffness

המודולו של גמישות (המודולו של יאנג, E) מאפיין את הנוקשות של החומר באזור אלסטי, שבו עיוות הוא בלתי הפיך:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מערכת יחסים ליניארית זו מחזיקה באזור אלסטי, שבו מתח וזן הם פרופורציונליים של יאנג יש יחידות של לחץ (GPa או MPa) ומייצג את המדרקון של עקומת הלחץ באזור אלסטי.

עבור יישומים ביו-חומריים, התאמת מודלוסים אל העצם הוא חיוני עבור minimizing הלחץ מגן. A דו"ח לאחרונה השווה את היחסים בין המודולולים והנפיחות של titanium המיוצר אבקות מאבקות טיטניום של קוטרים שונים עם אלה של טיטניום גדול. על פי הדיווח, את המודולים של יאנג של טיטניום עם בערך 30% פורוזיות היה שווה כמעט זהה של עצם cortic.

הקשר בין מודלוס אלסטי, Shear Modulus (G), והיחס של פוסוס הוא:

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Bulk Modulus (K) מתייחס ללחץ נפחי למתח רב:

(ב) ויקרא י"ד: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

« « מתחים ו- Flexural

שתלים רבים, במיוחד צלחות עצם ומכשירי תיקון ספינים, חווים עומסים מתפתלים.

(ב) ⁇ = שלי / IFLT

כאשר M הוא הרגע ההפוך, y הוא המרחק מהציר הניטרלי, ואני הרגע השני של האזור (רגע של אינרטיה) מתח מקסימלי מתרחש בסיבים החיצוניים (הערך המקסימלי).

עבור חדר צלב מלבני עם רוחב B וגובה h:

(ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד:

עבור חדר צלב מעגלי עם קוטר d:

(ב) ⁇ =0=4/64FreaLT:1

דאטה ( ⁇ ) של קרן תמיכה פשוטה עם עומס מרכזי P ואורך L הוא:

(ב) ⁇ = PL3 / (48E) ⁇

מתח טורי ועיוות

שתלים כגון ציפורניים תוך-טרמדריות ומברגי עצמות חווים טעינה רסאלית.הרעש עקב צבירה בפיר מעגלי הוא:

(ב) ⁇ =Tri/ve JFLT)

כאשר T הוא ה-iwederque, r הוא המרחק הרדיורי מן המרכז, ו-J הוא רגע הקוטב של אינרציה. עבור פיר מעגלי מוצק עם קוטר d:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ל"ד"ר" (ב"ד) "ב[[1924]]" ([[1924]]]] ו[[1924]]]]]]

(ב) ויקרא י"ד): "וַיְּהַּדְהִיתִיתִיתִיא הוּא" (בראשית כ"ד, כ"ד)

רפורמציה Angular (twist זווית ⁇ in Radians) על פני אורך L הוא:

(ב) TL/GJ) ⁇

חיזוי החיים של עייפות

כשל שומני מתרחש תחת עומס מחזורי ברמות הלחץ מתחת לחוזק הרבני האולטימטיבי של החומר. עקומת S-N (מתח לעומת מספר מחזורים) מאפיין התנהגות עייפות.

(ב) ויקרא י"ד:2 ויקרא יט):

כאשר N הוא מספר המחזורים לכישלון, ⁇ הוא טווח הלחץ, C ומ"מ הם קבועים חומריים שנקבעו באופן ניסיוני.

יחסי גודמן מהווים השפעות לחץ על חיי עייפות:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

הכלל של Miner מעריך כי נזקי עייפות מצטברים של טעינה מעצימה משתנה:

(ב) ויקרא י"ד:2 (ב) ויקרא י"ד): "וַיְהִיא הוּא" (בראשית כ"ד, כ"ד)

במקום NIRFLT:0 ,iigFLT:1 הוא מספר מחזורים ברמת הלחץ i, ו NIRFLT:2icioFLT 3: 3 הוא מספר המחזורים לכישלון ברמת הלחץ הזו.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

מכניקת Fracture צופה צמיחה סדקים וכישלון בחומרים המכילים פגמים.הגורם אינטנסיבי הלחץ (K) מאפיין את שדה הלחץ ליד קצה סדק:

(ב) ⁇ (ב"א)

כאשר Y הוא גורם גיאומטריה, ⁇ הוא הלחץ החל, אורך סדק. Fracture מתרחש כאשר K מגיע לקשידות השבירה של החומר (KirFLT:0ICIRLT:1).

החוק בפריז מתאר את קצב הצמיחה של עייפות:

(ב) ויקרא י"ד:2 ⁇ ⁇

כאשר da / DN הוא קצב הצמיחה של הסדקים לכל מחזור, ⁇ K הוא טווח הגורם אינטנסיבי הלחץ, C ו m הם קבועים חומריים.

לחץ על Surfaces

רכיבים חלופיים משותפים חווים מתחים מגע על פני השטח articulating התיאוריה של מגע הרץ מספק פתרונות אנליטיים ליצירת קשר גמיש בין משטחים מעוקלים.עבור שתי תחומים במגע, לחץ מגע מקסימלי הוא:

[01:2] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כאשר F הוא העומס החל, E * הוא היעיל של Modulus, ו R* הוא רדיוס יעיל.המודולו גמיש יעיל משלב תכונות של שני חומרי מגע:

(ב) ויקרא י"א): "[1] ויקרא י"א:2 ויקרא:2 ;2 ;2 ;2 ;2 ;2 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שיקולים מתקדמים

מעבר לחשיבה מכנית בסיסית, עיצוב ביו-חומרי מוצלח דורש התייחסות לאינטראקציות מורכבות בין חומרים, מערכות ביולוגיות ותהליכי ייצור. שיקולים מתקדמים אלה קובעים לעתים קרובות את ההבדל בין הצלחה קלינית לכישלון.

המונחים: Mitigation Strategies

מתח מגן נשאר אתגר משמעותי בעיצוב שתל אורתודי.זה חוסר התאמה גורם ספיגה הלחץ על ידי שתלים ועברת עצמות נתמכות, המוביל לעלייה בתאי ניוון העצם האוסטאוקליסטי, אשר תוצאות צפיפות העצם מופחתת.עם זה רפטינג מתמשך, השתל הופך פחות מעוגן העצם גורם החלמה.

כמה אסטרטגיות מתייחסות ללחץ מגן.הפחתת נוקשות השתל באמצעות בחירה חומרית מייצגת את הגישה הישירה ביותר.טיטאנטיום יש יחסית את המודולולוס של יאנג פחות מאשר ⁇ מתכתי אחרים בטווח של 100-120 GPa, אבל עדיין הערכים אינם קרובים יותר העצם הקורטי.זה הוביל לפיתוח של ⁇ טיטניום נמוכים וחומרים חלופיים.

הפיתוח של שתלי מתכת ⁇ באמצעות טכניקת AM נחשב אפשרי אשר יכול להפחית את ההשפעה של מגן הלחץ.ערבי nejad et al. דיווח על צמצום הלחץ מגן וכושר השכנוע העצם העודף שלה עם פיתוח של סגסוגת טיטניום 3D מודפס ⁇ . פורous עם ירידה בצפיפות מכוונת של 75% ברזולוציה העצם בהשוואה למקובלת באופן דחוס לחלוטין.

⁇ טיטניום חדשים אשר predeformation של יאנג הם נמוך אבל עלייה במהלך עיוות (כלומר, כוונון עצמי של מודולולי) הם, ולכן, פותחו. Ti-Cr הוא הראשון כזה סגסוגת שפותחה ו Ti-17Mo, Ti-30Zr-5Cr, Ti-30Zr-7Mo, ו- TiZr-3C-3 פותחו לאחר מכן סגסוגת כירורגית.

עיצוב מבנה פורה

מבנים פוריים מציעים יתרונות מרובים עבור שתלים נושאי עומס, כולל קשיחות מופחתת, גידול העצם מוגברת, ושיפור תיקונו הביולוגי. heerarchical scaffolds עם גדול וקטן, למשל, באופן משמעותי החוצה חומרים אחידים חד-פעמיים ב- 60 גרם של תוצאות של התחדשות העצם. Macropores על סדר כמה מאות מיקרונים הם קריטי עבור vasicial ו- מיקרוסקופיות חדשה, בעוד ש- acrosicial מוגברת (חומרים) ו-ato-ato-ato-to-coto-tomoldicial מוגברת) ו-tomicial מוגברת (Dicial מוגברת) ו-cotomicial מוגברת (מחדשהחומרית) ו-cotomulti) ו-tomulti) ו-tomultiated חלבון phos) ו-cotomultiated microgenated חלבון phos) ו-cotomultiated חלבון (מחדשנימינלית חלקיקים שונים microgenated חלקיקים שונים microfluicedouble microfluranated חלקיקים (מחדשהחומרים) ו-tomultiated חלקיקים) ו-to-to-to-to-to-

גודל פור, הפצה וקשרות יש לתכנן בקפידה. פורים בין 100-500 מיקרומטר להקל על גידול העצם, בעוד שנפיחות הדדית מאפשר תחבורה תזונתית והסרת פסולת. עם זאת, הגדלת הנפיחות מפחיתה כוח מכני, הדורש אופטימיזציה לאזן דרישות ביולוגיות ומכניות.

הגדלת פורוזיות טיטניום יורדת באופן דרסטי את כוח טיטניום.הלחץ של 0.2% של כ 30% טיטניום פורוזיות, אשר מייצרת את המודולוס של יאנג שווה לזה של העצם הקורטקטי, הוא מתחת 100 MPa.הירידה בחוזק של טיטניום ⁇ ניתן למנוע על ידי שילוב הטיטאניום עם פולימרטיום לא מתאים ביולוגית.

משטח משתנה ו-Cotings

תכונות Surface משפיעות באופן ביקורתי על תגובות ביולוגיות ללא השפעה משמעותית על תכונות מכניות גדולות.טכניקות שונות של שינוי פני השטח לשפר את הנפיחות, להפחית את ללבוש, או לשפר את התנגדות קורוזיה.

נוכחות של משטח ⁇ מכוסה עם HA מאפשרת את הנקה של apatite ביולוגיים במגע עם רקמת אדם, שיפור הקשר שלהם. וכתוצאה מכך, חומרים ⁇ אלה מחוברים מאוד לחדירה של תאי שריר כאשר מושתלים בשל תאימות גבוהה שלהם. ציפוי הידרוקסיאפטיט מקדם קשר העצם באמצעות דמיון כימי למינרל העצם טבעי.

יש לו מודולים אלסטיים של 110 GPa ומשמש כדי לעזור בהפצת מתח אחיד, אשר מתאים ליישומים נושאי עומס.טיניום ציפוי תחמוצת לספק את היתרון הזה תוך שמירה על ביו-תחרותיות.

עיצוב ביומטי מתקרב

הטבע, כאדריכל מאסטר, מציע תובנות בעיצוב של ביו-חומרים שיכולים לחקות מקרוב את התכונות המכאניות ואת הארגון ההיררכי של העצם. על ידי ציור מקבילות עם nacre, את הקליפות המושקות הידועות עבור הכוח יוצא הדופן שלהם ואת הקשידות, החוקרים ניסו לפתח שתלים עצם עם גמישות ביולוגית מוגברת ועוצמה מכנית.

בהשראת המבנה הטבעי של nacre (אימה-of-pearl), חומרים אלה כוללים עיצוב שכבתי, היררכי המספק קשיחות יוצאת דופן וכוח מכני.לדוגמה, מסובכים בהשראת nacre ו 3D-printed scaffolds לנצל את הארגון ההיררכי הזה כדי לשפר את יכולת העמסה, שילוב עם עצמות טבעיות, ויציבות כללית.

אנו מציגים ארכיטקטורות היררכיות ברקמות טבעיות, כגון עצם, ואת ההשלכות שלהם על נוקשות, קשיחות ופגיעה בסובלנות, אשר מעורר השראה בעיצוב של תרכובות סינתטיות.

שיטות בדיקה ואימות

בדיקות מקיף מאמת ביצועים ביו-חומריים ומבטיחות בטיחות לפני יישום קליני.פרוטוקולים בדיקות חייבים להעריך תכונות מכניות, ביו-גמישות, ועמידות לטווח ארוך בתנאים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית.

פרוטוקולי בדיקות מכניות

בדיקות Tensile קובע תכונות מכניות בסיסיות כולל Modulus גמיש, כוח מניב, כוח רב עוצמה, והמשך לכישלון. ספקimens טעון מתח לא אקסילי בשיעורי מתח מבוקרים תוך מדידה כוח ועקירה. עקומת הלחץ המתקבלת מספקת נתונים של אופי חומרי חיוני.

בדיקת קומפרספרסציה מעריכה התנהגות חומרית תחת עומסים דחוסים, במיוחד רלוונטית עבור שתלים נושאי עומס.פרוטוקולים של בדיקות מעקב אחר סטנדרטים כגון ASTM F451 עבור מלט העצם אקרילי או ISO 604 עבור פלסטיק. בדיקות קומפרסון מגלה מצבי כישלונ שונים מאשר מתח, כולל buckling ו- רסק.

בדיקות בנדות להעריך תכונות גמישות באמצעות שלוש נקודות או ארבע נקודות הגדרות טעינה.מבחנים אלה מדמיעים תנאי טעינה קלינית עבור צלחות העצם והשתלות אחרות דמויי קרן.כוח Flexural ומודולוס מחושבים מנתוני עומס.

בדיקת טורחת מעריכה תכונות של זאר וכוח רסיוני, קריטי עבור ציפורניים תוך-טראומתיות ומברגי עצמות.ספקנס הם כפופים לעקירה זוויתית מבוקרת תוך מדידה של מומנט, מתן נתונים על מודולים וחוזק נזילות טורי.

בדיקת עייפות

בדיקות עייפות חומרים חומרים לטעינה מחזורית מדגימים שנים של שימוש פיזיולוגי.בדיקות בדרך כלל מעסיקות טעינה סינוסאיד בתדרים של 1-30 הרץ, עם מיליוני מחזורים הדרושים כדי לאפיין ביצועים לטווח ארוך.

בדיקות עייפות מואצות משתמשות רמות מתח גבוהות או תדרים כדי להפחית את זמן הבדיקה תוך שמירה על רלוונטיות פיזיולוגית. עם זאת, יש לקחת טיפול כדי להימנע מלהציג מצבי כשל לא פיזיולוגיים באמצעות האצה מופרזת.

התקנים כגון ASTM F17 עבור שתלים ספינל ו- ISO 7206 עבור הפרוזזזות משותפות הירך מציין פרוטוקולי בדיקות עייפות עבור סוגים ספציפיים של שתלים.תקנים אלה מגדירים תנאי טעינה, הכנת דגימות וקריטריונים קבלה.

בדיקות

בדיקות ללבוש להעריך אובדן חומרים ודור פסולת ממשטחים מאומנים. hip וברך סימולטור בדיקות נושאים זוגות עד מיליוני מחזורים תחת עומס פיזיולוגי ותנאים סיכה. ... [+] מדדי ניתוח Gravimetric לובשים את שיעורי, בעוד ניתוח חלקיקים מאפיין את גודל פסולת ואת מורפולוגיה.

בדיקות של Pin-on-disk ו- reciprocating לספק שיטות סינון פשוטות עבור שילובים חומריים.מבחנים אלה מאפשרים השוואה מהירה של חומרים שונים וטיפולי פני השטח בתנאים מבוקרים.

בדיקת קורוזיה

בדיקות אלקטרוכימיות מעריך את ההתנגדות קורוזיה בסביבות פיזיולוגיות מדמיינות. סריקות קיטוב פוטודינמיקה לאפיין היווצרות סרט פסיבי והתמוטטות, בעוד ספקטרום אלקטרוכימי הערכה של ספקטרוסקופיה הערכה קינטיקה קורוזיה.

בדיקת אימרון בסליין פיזיולוגית או סימולציה של נוזל גוף ב 3 ° C מעריכה התנהגות קורוזיה לטווח ארוך. Ion משחרר ניתוח באמצעות ספקטרום המוני פלזמה (ICP-MS) קוונטית פירוק מתכת.

בדיקת קורוזיה Galvanic מעריכה שתלים רב-חומריים שבהם מתכות מתפוררות צור קשר אחד עם השני.בדיקה זו מונעת קורוזיה מואצת בממשקים חומריים.

בדיקות ביו-תחרותיות

תקן סדרה ISO 10993 מגדיר דרישות בדיקות ביו-תחרותיות עבור מכשירים רפואיים.בדיקה כוללת cytotoxicity, חישה, גירוי, רעילות מערכתית, גנוטוקיות, השתלה, והערכה של הגמישות.

בבדיקת ציטוטוקרטיות vitro באמצעות שיטות תרבות התא מספק בדיקות ראשוניות לאפקטים רעילים. בדיקות לחלץ חושפת תאים למטחי חומרים, בעוד שבדיקת מגע ישירה מעריכה השפעות על פני השטח על יכולת התא ועל התפוצה.

בבדיקת vivo במודלים של בעלי חיים להעריך תגובות רקמות לחומרים מושתלים.ניתוח היסטולוגי מעריך דלקת, פיברנוס encapsulation, ושילוב רקמות. בדיקות מכניות של דגימות מושתלות להעריך את כוח התיקון ואת הגדלה העצם.

טכניקות להתאמה

אנו דנים באפיון מכני ופיזיקולכיני רב-ממדי, כולל ננו-dentation, מבחנים מכניים גדולים, ניתוח מכני דינמי (DMA), rheology, וב- situ X-ray micro-computed tomography, אשר פותר נזק פנימי ורשתות פואר תחת עומס.

ננוינטציה מודדת תכונות מכניות במיקרו-סול ונומטרי, המאפשרת אפיון של שלבים בודדים בחומרים מורכבים, שכבות פני השטח, וממשקים של עצם-התאי-השתלה לספק קשיחות ומודולוס גמיש עם פתרון מרחבי של מיקרומטר.

ניתוח מכני דינמי (DMA) מאפיין תכונות מולקולסטיות על ידי יישום עומסי אוסקטוריטור ומדידה שלב lag בין מתח וזן.טכניקה זו היא בעלת ערך במיוחד עבור ביו-חומרים פולימרים וחומרים רקמות-מרניים.

Tomography (micro-CT) מספק הדמיה 3D לא הרסנית של מבנה פנימי, נקבוביות ונזק. in situ טעינה במהלך סריקת micro-CT מאפשר הדמיה של קידוד פציפציה ומנגנוני עיוות.

מודלים וסימולציות

שיטות השלמת בדיקות ניסיוניות, המאפשרות חיזוי התנהגות השתלת בתנאים שונים של טעינה ואופטימיזציה של עיצובים לפני הפשטות פיזית. כלים אלה מאיצים את הפיתוח תוך צמצום עלויות ודרישות בדיקות בעלי חיים.

ניתוח יסודות Finite Element Analysis

ניתוח אלמנט פינטיט (FEA) מרתיע גיאוגרפיות מורכבות לאלמנטים קטנים, פתרון משוואות ממשלתיות לחיזוי מתח, מתח, וחלוקות עקירה. FEA מאפשר הערכה של עיצובים יהיה קשה או בלתי אפשרי לבחון באופן ניסיוני.

מודלים חומריים ב- FEA טווח מ-Lite ליניארי פשוט לא ליניארי, מולסטי, או פורמולות פלסטיק.עצמות הוא לעתים קרובות מודל אותטרופי או transverse isotropic כדי ללכוד וריאציות רכוש כיוון. אלגוריתמים מכונאי מגע סימולציה פני השטח מתפתלים וממשקים של עצם.

איכות Mesh משפיעה באופן ביקורתי על הדיוק של פתרון.מחקרי קונריגנס מאמתים כי התוצאות הן עצמאיות מגודל האלמנט. אימות נגד נתונים ניסיוניים מבטיח נאמנות מודל לפני השימוש בסימולציות לקבלת החלטות עיצוב.

מודלים בקנה מידה גדול

על ידי שילוב ניסויים רב בקנה מידה, הדמיה מתקדמת, מודלים המבוססים על פיזיקה, וניתוח מונע נתונים, פרדיגמת עיצוב רב בקנה מידה חדש מתפתח ביו-חומריים מורכבים.למרות מערכת רב-ממדית מונחת נתונים שנדונה כאן ניתן ליישם בדרך כלל על רוב המערכות הביו-רפואיות, רוב הדוגמאות והמקרה במחקר בסקירה זו מתמקדות בביו-חומרים מורכבים אות ומוזיקליים, שבו אדריכלות היררת, הן בבירור, הן מערכות יחסים חד-תפקודיות, וספקיות, הן בבירור, הן שיטות הדמיה מפורטות, הן ממוקדות ביותר.

מודלים בקנה מידה גדול מקשרים תופעות בקנה מידה רחב, מאינטראקציות מולקולריות למכניקה ברמת הרקמות.טכניקות של הומוגניזציה שואבות תכונות יעילות של חומרים heterogeneous מתכונות מיקרו-מבנה.

למידת מכונה ואינטליגנציה מלאכותית

למידת מכונה (ML) מחלחלת את החיזוי של ההתנהגות המכנית של חומרים, צמצום דרסטי הן הזמן והן העלות של עיצוב ופיתוח חומרי. גישות המונעות על ידי נתונים לזהות דפוסים במאגרי נתונים מורכבים, לחזות תכונות חומריות ועיצובים טבילה.

רשתות נילי המוכשרות על נתונים ניסיוניים יכולות לחזות תכונות מכניות מפרמטרי הרכב והעיבוד.אלגוריתמים גנטיים מייעלים עיצובים על ידי הערכה ומימון פתרונות מועמדים. גישות אלה משלימות מודלים המבוססים על פיסיקה, במיוחד לבעיות אופטימיזציה מורכבות.

שיקולים רגולטוריים וסטנדרטים

אישור רגולטורי דורש להפגין בטיחות ויעילות באמצעות בדיקות ותיעוד מקיף.הבנת מסלולים רגולטוריים וסטנדרטים החלים הוא חיוני לפיתוח מוצר מוצלח.

ההרחבה של FDA Regulatory Framework

USFDA הוא גוף רגולטורי גלובלי אשר עוקב אחר תהליך מחמיר של הערכת חומרים עבור יישומים רפואיים.הם פירסמו רשימה של חומרים מתכתיים שאושרו בשימוש עבור שתלים אוטפיליים ומכשירים.שולחן 2 מציג כיום רשימה של חומרים בשימוש ויישום שלהם (עודכן אחרון ביולי 2024).

ה- FDA מגדיר מכשירים רפואיים לשלושה שיעורים המבוססים על סיכון. Class III מכשירים, כולל רוב שתלים נושאי העומס, דורשים אישור טרום-שיווק (PMA) להפגין בטיחות ויעילות באמצעות ניסויים קליניים. 510(k) מאפשר אישור בהתבסס על שוויון משמעותי להתקנים שנקבעו עבור יישומים בסיכון נמוך יותר.

קבצי המאסטר מתעדים את הרכב החומרי, עיבוד ובדיקה של קבצי המאסטר של המכשיר מספקים מידע ייצור מפורט התומכים בהגשתים רגולטוריים.תקנות מערכת איכות (21 CFR חלק 820) שולטים בתהליכי ייצור, הבטחת איכות מוצר עקבית.

סטנדרטים בינלאומיים

ASTM International ו- ISO מפתחים סטנדרטים קונצנזוס עבור ביו-חומרים ומכשירים רפואיים.תקני חומרים מציינים את הרכב, התכונות ובדיקת שיטות.תקני התקנים ספציפיים של התקן מגדירים דרישות ביצועים ופרוטוקולי בדיקה.

תקני מפתח כוללים ASTM F136 עבור ⁇ טיטניום, ASTM F1586 עבור wt titanium-6aluminum-4vanadiumסגסוגת, ISO 5832 סדרה עבור חומרים כירורגיים מתכתיים, ו ISO 14801 עבור בדיקות עייפות של שתלים שיניים. Compliance עם סטנדרטים החלים מדגים דבקות שיטות הטובות ביותר בתעשייה.

מגמות מתפתחות וכיוונים עתידיים

תחום הביו-חומרים הנמרנים ממשיך להתפתח עם חומרים חדשים, טכנולוגיות ייצור וגישות עיצוב.הבנת מגמות מתפתחות מסייעת לחזות התפתחויות עתידיות והזדמנויות.

ייצור תוספת

ייצור אדקטיבית (3D הדפסה) מאפשר ייצור של גיאוגרפיה מורכבת בלתי אפשרי עם ייצור קונבנציונלי. שתלים ספציפיים לחולה אופטימיזציה עבור האנטומיה הפרט לשפר את התפקוד ואת תפקוד. מבנים ליטיצ'ה עם פורוזיות מבוקרת להפחית את הנוקשות תוך שמירה על כוח.

דוחות על פיתוח רכיבים מ-316L נירוסטה פלדה, Ti-15Zr-4Nb-4Ta, ו- Co-26Cr-6Mo-0.2C באמצעות אלקטרון וטכניקות ייצור תוספים מבוססות לייזר זמינים כעת בספרות.טכנולוגיות אלה מרחיבות אפשרויות חומריות ומאפשרות עיצובים חדשים.

מתכת מדהימה

הפוטנציאל של ⁇ אבץ כמו ביומדן עומס השתלים נבדק על ידי יאנג et al, הם חקר אלמנטים שונים ⁇ ואת ההשפעה שלהם על התנהגות קורוזיה של ⁇ s, תכונות מכניות, ו ביו-קופטיות.הוספת סידן, מגנזיום ואלמנטים נדירים של אדמה כגון ניאומיום ו- ytrium לסגסוגת יכול לשפר את ביו-אופטימיות, תכונות מכניות, וקורוזיות עבור יישומים העצם.

⁇ מגנזיום מציעים אפשרות נוספת ביו-דידה עם תכונות מכניות קרוב יותר העצם מאשר מתכות קבועות.שליטה ירידה מבטלת את הצורך בניתוחי הסרת תוך תמיכה בריפוי.

חומרים חכמים ואחראיים

צורה של ⁇ זיכרון כמו ניקל-טיניום מציג סופרלסטיות ואפקטים זיכרון שימושי עבור פריסה פולשנית מינימלית ותיקון דינמי.טי-ני ⁇ משמשת כמדריכים ונטיות מכוונות עצמית. בפרט, טי-ני סגסוגת משמשת באופן נרחב, כי כוח אורתודונטי נכון ומתמשך נשאר במשך זמן רב.

חומרים סטריאולי-responsive משנים את התכונות בתגובה לטריגרים סביבתיים כגון טמפרטורה, pH או מתח מכני.חומרים אלה מאפשרים שתלים הסתגלותיים להגיב לתנאים פיזיולוגיים, עשויים לשפר את התוצאות לטווח ארוך.

חידושים biomaterials

סקירה זו מסכם את הביולוגיה ואת הביומכניקה של רקמות ריריות נושאות עומס, להעריך קלינית ביוטכנולוגיה הוקמה ביוניט ו- bioinductive שתלים, ומדגישה גישות מתקדמות עבור הפיגפיים חיים חזקים המשלבים כוח מכני חזק עם פעילות ביולוגית סוף סוף, אנו דנים באתגרים עתידיים והזדמנויות לקראת התרגום הקליני של הדור הבא של bioinstructuresmaterials עבור תיקון musculosal רקמות.

גישות הנדסיות קידוד משלבות פיגומים ביולוגיים חומריים עם תאים וגורמי צמיחה כדי לשחזר רקמות פונקציונליות.עומס דובדבן פיגומים חייב לספק תמיכה מכנית מיידית תוך מתן שטף רקמות ושיפוץ.העברה עומס גרפי מן scaffold כדי ליצור רקמות דורש עיצוב זהיר של קינטיקה ונכסים מכניים.

יישומים קליניים ומחקרי מקרים

הבנת כיצד עקרונות עיצוב מתרגמים ליישומים קליניים מספק ההקשר למושגים תיאורטיים ומדגישים שיקולים מעשיים.

היפ ארקנסו

החלפת היפ מייצגת את אחד ההליכים האוטופודיים המוצלחים ביותר, עם למעלה מ-300,000 שבוצעו מדי שנה בארצות הברית. Feמוסר נובע בדרך כלל להשתמש ⁇ טיטניום או ⁇ כרובם, שנבחרו על בסיס שיטת תיקון וגורמי חולים.

גזעים קלפיים מסתמכים על תיקון מחודד ועצמות חודרים לתוך משטחים ⁇ . ציפויים פורים של חרוזים טיטניום או טיטניום מרוסזמה מספקים גסות פני השטח ונפיחות עבור תיקון ביולוגי. ⁇ ⁇ גיאומטריה ונוקשות חייב לאזן יציבות ראשונית עם שימור העצם ארוך טווח.

משטחים של כריות כוללים מתכת-on-polyethylenelene, קרמיקה-on-polyethylene, קרמיקה-on-ceramic, ושילובים מתכת-on-metal.כל אחד מציע תכונות ללבוש שונות, עם מבחר בהתבסס על גיל המטופל, רמת פעילות והעדפות המנתח באופן כללי, ראש מתכת והחלפת פולימר פולימר פולימר פולימרטים לעתים קרובות משוחרר, עם 10-20% צורך להחליף בתוך 15 שנים בגלל הסתברות, אשר לחשבונות רופפת של 80 אחוזים.

תיקון ספינים

נהלי היתוך ספינל משתמשים במילון, ברגים וכלובים בין גוף כדי לייצב את הריצוף במהלך ריפוי העצם.מכשירים של שפיגל הם סוג מסוים של השתל אורתוודי הדורשים את המודולוס של צעיר נמוך כדי לאפשר היווצרות של עצמות בריאות.עם זאת, במהלך ניתוח ספין-אלציה, המנתח חייב להיות מסוגל לכופף את המכשיר כדי לשחזר את הספין-חום הספין-אונדק של אפקט קפיצה נמוך יותר, אך ורקדבנים צעירים, אך יש צורך להפעיל את הסגסוגת נמוכה יותר.

מברגי Pedicle לעגן מוטות כדי לתקן, לחוות עומס רב-אקשי מורכב.עיצוב Screw חייב לייעל את כוח המשיכה תוך צמצום נזק העצם.

שיניים Implants

שתלים שיניים טיטניום הופיעו כסטנדרט הזהב עבור החלפת שיניים חסרות, במיוחד כפוסטים.יישום של הודעות טיטניום כרוך המיקום הניתוחי לתוך הלסת, שבו, לאורך זמן, הם משלבים עם רקמת העצם שמסביב, גדל בהדרגה יציבות.אינטגרציה זו מספקת בסיס סטרודי לשיניים אסתטיקה, שיקום כוח מכני ויציבות, בעוד החלק העליון של השתל, הנקרא "זרע" והפך חומרים מרומים, או לשחזר פונקציונליות.

טיפולים פני השטח של Implant משפרים את osseointegration. Acid etching, חולבסט, ו anodization ליצור משטחים מיקרו-גרם אשר מקדם פיזור העצם.

עיצוב מעשי

עיצוב ביו-חומרי מוצלח עוקב אחר הגדרה שיטתית של עבודה, בחירת חומרים, ניתוח מכני, prototyping, בדיקות, וזיקוק.

דרישות

החל על ידי הגדרת דרישות פונקציונליות ברורות, כולל תנאי טעינה, מגבלות אנטומיות, שיטת תיקון, וחיי שירות צפויים.זהה מדדים ביצועיים קריטיים כגון כוח, נוקשות, חיי עייפות, והתאמה ביולוגית.חשבו המאפיינים של האוכלוסייה החולה כולל גיל, רמת פעילות ואיכות העצם.

דרישות רגולטוריות וסטנדרטים החלים על שיעור המכשיר יש לזהות מוקדם.מגבלות ייצור כולל תהליכים זמינים, סובלנות, ומטרות בעלות להשפיע על החלטות עיצוב.

עיצוב וניתוח Preliminary Design and Analysis

חומרים מועמדים נבחרים המבוססים על דרישות קניין מכני ו ביו-קו-התאמה. לפתח גיאוגרפיות מוקדמות באמצעות תוכנת CAD, שילוב נתונים אנטומיים ממחקרי הדמיה. בצע ניתוח מתח ראשוני באמצעות חישובים אנליטיים פשוטים כדי לאמת את האפשרות.

ניתוח אלמנט פינט משליך עיצובים, זיהוי ריכוזי מתח וגיאומטריה.מחקרים פארמטריים לחקור וריאציות עיצוב, הערכת שינויי מסחר בין מטרות מתחרות. אלגוריתמי אופטימיזציה טופולוגיה יכולים להציע הפצה יעילה של חומרים עבור תרחישי טעינה מורכבים.

כוונון ובדיקה

אבטיפוס מארגים באמצעות שיטות ייצור מתאימות.ייצור אדרטיבי מאפשר השקיה מהירה עבור גיאוגרפיות מורכבות, בעוד שמניפסט קונבנציונלי עשוי להיות נדרש עבור אימות סופי.ערוך בדיקות מכניות לאחר סטנדרטים החלים, השוואת תוצאות לחיזוי עיצוב.

בדיקות ביו-קומופטיות מתקדמות במקביל, החל עם ציטוקניות vitro והתקדמות במחקרים vivo כעיצובים.כתובות הזיכוך השליליות שזוהו באמצעות בדיקות, עם שינויים עיצוביים אושרו באמצעות ניתוח נוסף ובדיקה.

אישור והתפטרות

בדיקות אימות מקיף מראות כי עיצובים סופיים עומדים בכל הדרישות.אימות עיצוב מאשר כי המכשיר נבנה כראוי על פי מפרטים. אימות עיצוב מאשר כי המכשיר הנכון נבנה כדי לענות על צרכי המשתמש ושימוש המיועד.

תיעוד שנאספו לאורך כל הפיתוח תומך בהגשתים רגולטוריים.ניתוח סיכונים מזהה מצבי כשל פוטנציאלי ואסטרטגיות מיגנציה. נתונים קליניים מניסויים מפגינים בטיחות ויעילות באוכלוסיות החולה היעד.

מלכודות נפוצות ועיסוקים טובים

למידה מטעויות נפוצות מאיצה את הפיתוח ומשפרת את התוצאות.מספר בעיות חוזרות משפיעות על פרויקטים עיצוביים ביו-חומריים.

המונחים: oversiified Suptions

טעינה פיזיולוגית היא מורכבת ורב-אקאלית, משתנה עם פעילות ומאפיינים של המטופל.עיצובים המבוססים רק על טעינה לא-שיאלית פשוטה עלול להיכשל בתנאים בפועל. משלבים תרחישים טעינה ריאליים כולל תנאים הגרועים ביותר ותבניות טעינה מחזורית.

המונחים: Fatigue Consideration

כוח סטטי לבדו אינו מבטיח עמידות ארוכת טווח.כישלון עייפות מתרחש ברמות הלחץ הרבה מתחת לעוצמה האולטימטיבית לאחר מיליוני מחזורים.תמיד להעריך ביצועים עייפות בתנאי טעינה רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית עם גורמי בטיחות מתאימים.

הובלת הייצור Constraints

עיצובים שאינם יכולים להיות מיוצרים באופן אמין נכשל ללא קשר לביצועים התיאורטיים.מומחיות ייצור אנג'ל מוקדם בפיתוח.חשב סובלנות, דרישות מעבר פני השטח ויכולות תהליך.עיצוב עבור יכולת ייצור מופחת עלויות ומשפר את האיכות.

בדיקה אחרונה ב-Insufficientation Testing

מודלים Computational דורשים אימות ניסיוני.תנאי הבדיקה חייבים לשכפל סביבות פיזיולוגיות כולל טמפרטורה, סיכה, וקומפוזיציה כימית.פרוטוקולים בדיקות מואצים יש לאמת כדי להבטיח שהם לא יציגו מצבי כישלונ לא-פיזיים.

משאבים ולמידה נוספת

המשך למידה ולהישאר נוכחי עם התפתחויות במדעי הביו-חומרים חיוני לפרקטיקה מוצלחת. משאבי רבים תומכים בפיתוח מקצועי בתחום זה.

(הארגון למדעי הטבע) כולל האגודה למדעי הטבע, האגודה למחקר אורתופדי, ו-Tissue Engineering and Regenerative Medicine Society מספק כנסים, כתבי עת והזדמנויות רשת. כתבי עת מרכזיים כוללים FLT:0BiomaterialsFLT:1, FLT:2 (Acta BiomaterialiaFLT 3: 3, FLT4Jour of Biomedical MaterialssFreasFreas FLT5:5 ו-Four of the MechanicalLT 7R) 7Rour of the Mechanicalial Research of the Mechanical Energy 7R.

משאבים מקוונים כוללים את פורטל התקנים רפואיים FDA: 1 (FLT:2ASTM InternationalearFLT 3: ו-FLT:4 ISOFLT:5 עבור סטנדרטים, וקורסים באוניברסיטה באמצעות פלטפורמות כמו קורסה ו- edX ספרים כגון "Biomaterials מדע" שנערך על ידי Ratner et al.org.

ניסיון באמצעות התמחות, פרויקטים מחקריים ושיתוף פעולה עם שותפים קליניים מספק ידע מעשי רב ערך.השתתפות הליכים כירורגיים ודנים באתגרים קליניים עם המנתחים מציע תובנות לדרישות ומגבלות בעולם האמיתי.

מסקנה

תכנון ביו-חומרים עבור יישומים נושאי עומס דורש שילוב עקרונות הנדסיים מכניים, מדעי החומרים, הביולוגיה והרפואה הקלינית.הצלחה תלויה בבחירת חומרים זהירה המבוססת על הערכה מקיפה של נכסים, חישובים מכניים מדויקים החשבונאיים לעומס פיזיולוגי מורכב, ובדיקה קפדנית אימות ביצועים בתנאים ריאליים.

התחום ממשיך להתקדם עם חומרים חדשים המציעים איכות ביולוגית משופרת ונכסים מכניים, טכנולוגיות ייצור המאפשרות מורכבות גיאוגרפיות ועיצובים ספציפיים לחולה, וכלים חישוביים מאיצים פיתוח ואופטימיזציה. שוק ביו-חומרים פולימריים, מוערך ב- 11.04 מיליארד דולר ב-2024, עמד על 11.83 מיליארד דולר בשנת 2025 והוא צפוי להתקדם ב- CAGR של 74% מ- 2030, 000 $, 000, 000, 000, 000 של צמיחה של עד סוף-ידי צמיחה.

הבנת עקרונות יסוד תוך שמירה על התפתחויות מתפתחות מציבה מהנדסים לתרום לתחום חיוני זה.עומס ביו-חומרים משפרים את איכות החיים עבור מיליוני חולים בשנה, מה שהופך את העבודה הזו מאתגרת ומתגמלת מבחינה טכנית על ידי יישום ניתוח הנדסי קפדני, בדיקות מקיפים ועיצוב מתחשב, מהנדסים ליצור מכשירים שמשחזרים את הפונקציה, להקל על כאב, ומאפשרים אורח חיים פעיל עבור חולים ברחבי העולם.

העתיד של ביו-חומרים נושאי עומס נמצא ברפואה מותאמים אישית עם שתלים ספציפיים לחולה, גישות רגנרטיביות שמשחזרות ולא להחליף רקמות, וחומרים חכמים שמתאימים לתנאים פיזיולוגיים.המשך החדשנות בתחום זה מבטיח אפילו תוצאות טובות יותר עבור חולים הדורשים אורת אורתודי, שיניים, ועוד שתלים נושאי עומס.