一種鐵和硅的合金，可以製造出可以治愈骨折的植入物

來自 Skoltech 和Sechenov大學的一個研究小組擁有多孔鐵硅合金的 3D 列印樣本——創建者認為這種材料有望用於設計治愈骨折的骨植入物。研究結果表明，所獲得的樣品低毒、耐用、可生物降解，並且可以在其上形成骨組織。

3D 列印的鐵硅合金標本

這項工作發表在《生物醫學材料》雜誌上。為了治愈嚴重的骨折，需要放置特殊的植入物來代替缺損，這有助於骨骼的恢復。它們作為一種框架，逐漸長滿骨組織。理想情況下，當植入物完成其任務時，它應該會溶解在體內——然後就不需要進行移除它的手術了。據其創造者稱，為此，一種新的鐵和硅合金是合適的。

這種植入物的材料必須滿足許多要求。它們必須像骨頭一樣堅固且多孔，以便有空間形成新組織。此外，合適的材料必須是生物相容的和可生物降解的。即一方面被患者身體接受，另一方面自然溶解；但對於生物骨骼的生長來說，不要太快。此外，分解產物不應有毒。

經常使用鐵合金，因為這種金屬不會被人體認為是異物，並且會在大約需要的時間內分解；同時，純鐵太軟了。我們的材料科學家團隊已經研究過鐵和硅的合金，我們認為值得在植入物的背景下考慮它們，因為眾所周知，硅也具有生物相容性、無毒、良好的吸收和排泄功能。

3D 列印的鐵硅合金標本

我們用粉末在 3D 印表機上用鐵硅合金製作了多孔樣品。列印的樣品具有任意設計，適合對其機械和生物學特性進行全面研究。未來，計劃製造解剖形狀的植入物樣本，用於直接在動物體內進行研究。

研究小組研究了合金的機械性能，以測試與純鐵和其他種植學中流行的鐵合金相比，樣品承受壓縮和拉伸的能力。事實證明，新合金的特性超過了所考慮的類似物。此外，已經證明，由它製成的植入物確實會在適當的時間被人體分解。

裝入3D印表機的粉末含有一定比例的鐵和硅，再加上激光列印的高溫，總會有一定程度的氧化。為確保機械性能不會從樣品的一個區域變化到另一個區域，我們確認兩種主要元素之間的比率 - 以及氧氣 - 是正確的，並且在整個樣品中是恆定的。

在 Skoltech 進行材料的合成和機械性能的驗證，然後將樣品送到 Sechenov 大學，在那裡用鹽水中的活細胞進行測試。來源於人臍帶的小鼠成纖維細胞和細胞表現出良好的粘附性，即牢固地粘附在合金支架上。在顯微鏡的幫助下，可以確認大約 70% 的細胞存活下來，這表明該材料具有相當中等的毒性——它與分解過程中氫氧化鐵和氯化物的形成有關。值得注意的是，在樣品上觀察到磷酸鈣沉積，這意味著骨組織會在植入物上生長。

除了含鐵材料外，鎂和鋅合金也正在研究作為可生物降解植入物的材料。然而，由於特性的差異，人們預計它們不會像鐵基同類產品那樣填補完全相同的利基市場。後者可能最適合骨科和創傷科，其中新型鐵硅合金的特性將特別有價值。

這種材料在骨科創傷科醫生中尤其需要。鐵硅合金植入物可能具有與商業同類產品相當的機械性能，但它能夠吸收。在植入部位，一個新的組織逐漸形成，取代了植入物，然後它就消失了。