Advanced topology of triply periodic minimal surface structure for osteogenic improvement within orthopedic metallic screw

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作者
Wangwang Luo,Yang Wang,Zhonghan Wang,Jianhang Jiao,Tong Lai Yu,Weibo Jiang,Mufeng Li,Han Zhang,Xuqiang Gong,Chao Bo,Shixian Liu,Xuhui Wu,Jincheng Wang,Minfei Wu
出处
期刊:Materials today bio [Elsevier BV]
卷期号:27: 101118-101118 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.mtbio.2024.101118
摘要

Metallic screws are one of the most common implants in orthopedics. However, the solid design of the screw has often resulted in stress shielding and postoperative loosening, substantially impacting its long-term fixation effect after surgery. Four additive manufacturing porous structures (Fischer-Koch S, Octet, Diamond, and Double Gyroid) are now introduced into the screw to fix those issues. Upon applying the four porous structures, elastic modulus in the screw decreased about 2∼15 times to reduce the occurrence of stress shielding, and bone regeneration effect on the screw surface increased about 1∼50 times to improve bone tissue regrowing. With more bone tissue regrowing on the inner surface of porous screw, a stiffer integration between screw and bone tissue will be achieved, which improves the long-term fixation of the screw tremendously. The biofunctions of the four topologies on osteogenesis have been fully explored, which provides an advanced topology optimization scheme for the screw utilized in orthopedic fixation.

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