2024年度(NSTC-NCBR)國科會與波蘭國家研究發展中心雙邊協議國際合作計畫(3年期)

在過去十年中，生物醫學行業更加重視生物相容性材料的開發和使用，這些材料很容易被醫療部門接受。然而，實現高度的生物相容性是困難的。為了提高新開發材料的生物相容性，通常需要將具有生物活性或生物吸收性的材料與鈦等生物惰性材料相結合。在可用的幾種生物相容性合金材料中，Ti6Al4V是選擇和使用最多的選項。在這樣的基礎之下，本研究將進行粉末形式的抗菌生物材料的開發和測試。這種生物材料將由Ti6Al4V鈦合金和純銅粉的混合物組成。使用銅是因為它能夠增強抗菌效果，從而增加植入物和活組織之間的接觸面。預期銅含量在1%到5%總重之間變化，主要目的是製作一種創新適用於醫療植入物積層製造的材料。傳統製造技術不足以生產可用於醫療領域的結構。因此，為了製造複雜且個性化的植入物，積層製造技術已成為更具優勢的選擇。具體來說，這種材料將用於製造用於醫療植入物的細胞晶格。這項研究的動機是解決當前骨科植入物之間的差異，這些植入物由在堅固性方面超過天然骨骼的剛性材料製成。植入物將專門設計為包括使用晶格拓撲、不同支柱厚度和單元格尺寸的蜂窩結構。這種方法旨在滿足骨骼向內生長的要求，同時模擬生物力學強度。樣品將使用Powder Bed Fusion技術的各種參數打印，包括不同的銅含量、晶格結構設計和粉末形態的變化，例如粒徑、形狀等。參數範圍的選擇將基於初始測試，重點機械強度，包括楊氏模量和硬度、減少細菌生長、微觀結構分析和植入物的生物相容性。通過對結果的全面分析，將確定列印過程的最佳參數。本研究的目標是優化晶格植入物設計，實現比固體植入物更好的機械強度、剛度和生物相容性。最後，使用這些最佳參數列印植入物樣品。在整個項目中，主要重點將放在打印樣品上，以評估和改進材料特性和製造技術。此外，還將進行全面的生物相容性測試，以驗證適用性並確保它們不會影響植入物的使用壽命，不會造成感染風險，並確保醫療應用製造材料的安全性。