view in publisher's site

Highly biodegradable and bioactive Fe-Pd-bredigite biocomposites prepared by selective laser melting

Highlights•A Fe-based biocomposite containing Pd-rich phases and bredigite was developed.•The degradation rate was significantly elevated due to the microgalvanic corrosion.•The degradation of bredigite provided more channels for corrosion penetration.•The biocomposites featured comparable strength and hardness with the native bone.•The biocomposites showed excellent bioactivity and favorable biocompatibility.AbstractIron (Fe) has been highly anticipated as a bone implant material owing to the biodegradability and excellent mechanical properties, but limited by the slow degradation and poor bioactivity. In this study, novel Fe-palladium (Pd)-bredigite biocomposites were developed by selective laser melting aiming to improve both the degradation behavior and bioactivity of Fe. The results showed that most Pd formed Pd-rich intermetallic phases (IMPs) with a nearly continuous network while the bredigite phase was distributed at the grain boundaries. In addition, a large amount of much nobler IMPs formed micro-galvanic pairs with the Fe matrix, inducing tremendous micro-galvanic corrosion. The IMPs contained a high amount of Pd2+ with a high reduction potential, which further promoted the efficiency of micro-galvanic corrosion. Moreover, the rapid degradation of bredigite also facilitated the penetration of the corrosion medium. As a result, the Fe-4Pd-5bredigite biocomposite showed a uniform degradation with a rate that is 6 times that of Fe. Furthermore, the developed Fe-Pd-bredigite biocomposites also featured excellent bioactivity, cytocompatibility, and suitable mechanical properties as characterized by the rapid apatite deposition, normal proliferation of human osteoblast-like cells (MG-63), and comparable strength and microhardness with the native bone. Overall, this study opens a new avenue for improving both the degradation and bioactivity of Fe-based composites and may facilitate their applications as biodegradable implants for tissue/organ repair.Graphical abstractSchematic illustration of the rapid degradation and apatite deposition process for Fe-Pd-bredigite biocomposites.Download : Download high-res image (346KB)Download : Download full-size image

کامپوزیت های زیستی Fe - Pd - bredigite زیست فعال و زیست تخریب پذیر که با ذوب لیزری انتخابی تهیه شده‌اند

نکات برجسته * یک بیوکامپوزیت بر پایه Fe حاوی فازه‌ای غنی از Pd و بردیریت توسعه داده شد. نرخ تخریب به طور قابل‌توجهی به دلیل خوردگی میکروگالوانیک افزایش یافت. * تجزیه بردیریت کانال‌های بیشتری را برای نفوذ خوردگی فراهم می‌کند. بیوکامپوزیت ها استحکام و سختی قابل‌مقایسه‌ای با استخوان اصلی دارند. * بیوکامپوزیت ها فعالیت زیستی عالی و سازگاری زیستی مطلوب نشان دادند. آهن واکنش دهنده (Fe)به دلیل زیست تخریب پذیری و خواص مکانیکی عالی به عنوان ماده ایمپلنت استخوان بسیار مورد انتظار است، اما با تجزیه آهسته و فعالیت زیستی ضعیف محدود می‌شود. در این مطالعه، کامپوزیت های زیستی جدید Fe - پالادیوم (Pd)- بریدیژیت توسط ذوب لیزر انتخابی با هدف بهبود رفتار تجزیه و فعالیت زیستی Fe توسعه داده شدند. نتایج نشان داد که بیشتر Pd فازه‌ای بین فلزی غنی از Pd (IMPs)را با یک شبکه تقریبا پیوسته تشکیل می‌دهد، در حالی که فاز بریدیکیت در مرزه‌ای دانه توزیع شده‌است. علاوه بر این، مقدار زیادی از IMP های بسیار عالی‌تر، جفت‌های میکروگالوانیک را با ماتریس Fe تشکیل دادند که خوردگی میکروگالوانیک عظیمی را القا می‌کنند. IMPs حاوی مقدار بالایی از Pd۲ + با پتانسیل کاهش بالا بود که کارایی خوردگی میکرو گالوانیک را افزایش داد. علاوه بر این، تجزیه سریع سیم نیز نفوذ محیط خوردگی را تسهیل کرد. در نتیجه، بیوکامپوزیت Fe - ۴ Pd - ۵ یک تجزیه یکنواخت با سرعت ۶ برابر Fe نشان داد. علاوه بر این، بیوکامپوزیت های Fe - Pd - bredigite توسعه‌یافته نیز فعالیت زیستی عالی، سیتوسازگاری، و خواص مکانیکی مناسب را نشان دادند که با رسوب سریع آپاتیت، تکثیر طبیعی سلول‌های شبه استئوبلاست انسان (MG - ۶۳)، و قدرت و سختی قابل‌مقایسه با استخوان اصلی مشخص می‌شود. به طور کلی، این مطالعه راه جدیدی را برای بهبود تخریب و فعالیت زیستی کامپوزیت های بر پایه Fe باز می‌کند و ممکن است کاربرد آن‌ها را به عنوان ایمپلنت های زیست تخریب پذیر برای ترمیم بافت / عضو تسهیل کند. تصویر انتزاعی جیپ از تجزیه سریع و فرآیند رسوب آپاتیت برای بیوکامپوزیت های Fe - Pd - bredigite. پایین: تصویر کم - پر - رس (۳۴۶ KB)دانلود: تصویر با اندازه کامل دانلود
ترجمه شده با

سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.