Evaluation of biomechanical properties and early osseointegration of biomimetic bone trabecular Ti6Al4V scaffolds based on Voronoi design

骨整合 材料科学 生物医学工程 松质骨 生物相容性 钛合金 脚手架 多孔性 皮质骨 弹性模量 生物力学 髁突 复合材料 X射线显微断层摄影术 互连性 纳米压痕 选择性激光熔化 体内 小梁骨 生物材料 材料性能 生物陶瓷 植入物稳定性商 组织工程 钛镍合金
作者
Jinghong Yang,Zi Wang,Lujun Jiang,Zhong Li,Linlin Liu,Juncai Liu
出处
期刊:International Journal of bioprinting [Whioce Publishing Pte Ltd.]
卷期号:: 025310311-025310311 被引量:1
标识
DOI:10.36922/ijb025310311
摘要

Ti6Al4V scaffolds demonstrate significant translational potential for bone defect reconstruction, leveraging exceptional biocompatibility and corrosion resistance. However, achieving concurrent osseointegration enhancement and mechanical compatibility with native cancellous bone remains a critical design constraint. A trabecular bone-mimetic porous Ti6Al4V scaffold was fabricated via Voronoi-tessellated CAD and selective laser melting (SLM). Precise modulation of pore architecture enabled controlled porosity. Compression testing characterized the mechanical properties. Early-stage in vivo osseointegration was evaluated in a rabbit femoral condyle defect model using histomorphometry and micro-computed tomography (μCT) at 4/12 weeks, with comparative assessment against conventional Strut-based and G-curved lattices. The Voronoi scaffold exhibited cancellous bone-matching elastic modulus and yield strength, thereby mitigating stress-shielding effects. Biomechanics, CFD, and in vivo analysis demonstrated significantly enhanced osteogenic potential and superior bone-implant interface integration versus Strut and TPMS designs. The Voronoi design provides an effective biomimetic strategy for fabricating porous titanium alloy bone scaffolds with enhanced osteogenic properties. It has more potential than conventional struts and periodic TPMS structures in facilitating bone defect repair.

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