Additively Manufactured Semiflexible Titanium Lattices as Hydrogel Reinforcement for Biomedical Implants

材料科学 自愈水凝胶 钛合金 弹性模量 复合材料 刚度 生物相容性 生物医学工程 有限元法 粘弹性 抗压强度 模数 结构工程 合金 高分子化学 冶金 工程类 医学
作者
Enrico Tosoratti,Ilaria Incaviglia,O. O. Liashenko,Christian Leinenbach,Marcy Zenobi‐Wong
出处
期刊:Advanced nanoBiomed research [Wiley]
卷期号:1 (1) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/anbr.202000031
摘要

Hydrogels are one of the most widespread biomaterials used in tissue engineering. However, they possess weak mechanical properties and are often unstable in load‐bearing applications in vivo. A novel class of flexible Ti–6Al–4V titanium alloy lattices manufactured using laser powder bed fusion (L‐PBF) serves as a tunable reinforcement for hydrogels, providing them with additional mechanical stability and flexibility, while ensuring biocompatibility. A study on the design parameters of the structural elements of the lattices is performed to evaluate their influence on the mechanical properties of the structure. Mechanical testing of Ti–6Al–4V lattices shows a compressive modulus ranging from 38.9 to 895.5 kPa in the flexible direction. In the other two directions, the lattices are designed to have minimal flexibility. Lattices embedded in a 1% agarose hydrogel show a strain‐rate‐dependent, viscoelastic behavior given by the hydrogel component with the additional stiffness of the titanium lattice. Stress distribution upon loading is simulated using finite element analysis (FEA) and compared to experimental data using multiple regression statistical analysis. As a proof of concept, an intervertebral spinal disc implant is designed with mechanical properties matching the compressive moduli of the nucleus pulposus and anulus fibrosus reported in the literature.
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