유리가 뼈의 대체재가 될 수 있을까: 3D 프린팅 바이오 유리 Can glass replace bone? Scientists 3D print bio-glass that mimics skeletal strength

Can glass replace bone? Scientists 3D print bio-glass that mimics skeletal strength

Glass may seem fragile, but researchers have created a printable bio-active version that carried bone growth in rabbits.

No one thinks of glass as a replacement for bone.

But researchers in China have developed a 3D printable bio-active glass that edges closer to the bone’s resilience.

In animal tests, it supported bone cell growth longer than plain glass and nearly matched a leading dental implant material.

Both glass and bone share a key trait thanks to their molecular structures. They resist compression better than stretching.

유리가 뼈를 대체할 수 있을까?

과학자들이 뼈의 강도를 모방하는 바이오 유리를 3D 프린팅한다

유리는 깨지기 쉬운 것처럼 보일 수 있지만, 연구자들은 토끼의 뼈 성장을 촉진하는 인쇄 가능한 생물학적 활성 버전을 만들어냈습니다.

유리가 뼈의 대체재라고 생각하는 사람은 없습니다.

하지만 중국의 연구자들은 뼈의 회복력에 더 가까운 3D 프린팅이 가능한 생물학적 활성 유리를 개발했습니다.

동물 실험에 따르면, 일반 유리보다 뼈 세포 성장을 더 오래 유지했으며, 주요 치과 임플란트 재료와 거의 비슷한 성능을 보였습니다.

유리와 뼈는 분자 구조 덕분에 중요한 특성을 공유합니다. 즉, 늘어나는 것보다 압축에 더 잘 견딥니다

실리카는 유리의 주요 성분으로, 액체 상태로 존재할 수 있으며 자유롭게 모양을 바꿀 수 있습니다.

이러한 특성 덕분에 손상된 뼈 부위에 완벽하게 맞는 임플란트를 제작할 수 있는 길이 열렸습니다.

유리는 잠재력이 있지만, 인쇄 과정을 완벽하게 만드는 데는 어려움이 있었습니다.

기존의 유리 3D 프린팅에는 독성 가소제와 화씨 2,000도 이상의 극한 열이 필요하기 때문에 안전과 비용이 필수적인 요소인 의료 분야에서의 사용이 제한됩니다.

지안루 샤오, 타오 천, 화난 왕이 이끄는 연구진은 더 깨끗한 길을 모색했습니다.

그들은 세포 형성을 촉진하는 것으로 알려진 칼슘 이온과 인산 이온을 반대 전하를 띤 실리카 입자와 결합시켰습니다. 이 혼합물은 화씨 1,300도(섭씨 740도)에서 경화될 수 있는 인쇄 가능한 젤을 형성했습니다.

새로운 바이오 유리 테스트

연구팀은 토끼 두개골 수술에서 새로운 바이오 유리, 일반 실리카 유리, 그리고 상업용 치과용 뼈 대체재를 비교했습니다.

시판 제품이 초기 성장을 더 빠르게 촉진한 반면, 바이오 글래스는 내구성이 더 뛰어난 것으로 나타났습니다. 8주 후, 대부분의 뼈 세포가 바이오 글래스 지지체에 부착되었고, 일반 유리는 성장이 거의 또는 전혀 나타나지 않았습니다.

연구진은 이 소재가 기존 재료보다 뼈 성장을 더 오래 지속한다고 보고했습니다. 연구진은 이 연구가 치과 분야를 넘어 다양한 분야에 적용될 수 있는 저렴하고 맞춤형 뼈 대체재 분야에서 한 걸음 더 나아간 것이라고 설명했습니다.

"녹색" 인쇄 전략

연구팀은 의학적 결과 외에도 자신들의 접근 방식을 뒷받침하는 기술적 혁신을 강조했습니다. 그들은 대부분의 세라믹이나 유리 3D 프린팅이 유기 가소제와 고온 소결에 의존한다고 설명했습니다.

이러한 단계를 거치면 비용과 시간이 추가되고, 생물학적 활성이 감소하며, 심지어 독성 효과가 나타날 수도 있습니다.

그들의 방법은 정전기적으로 서로를 끌어당기는 실리카 기반 나노구형으로 만든 무기적 자가치유 콜로이드 젤을 사용하여 이러한 문제를 회피합니다.

이를 통해 첨가물 없이도 튼튼한 유리 구조물을 3D로 인쇄하고 저온 소결이라는 공정을 통해 비교적 낮은 온도에서 완성할 수 있었습니다.

그 결과 생성된 겔은 약 2.3MPa의 압축 탄성률을 보였는데, 이는 뼈 지지대로 사용하기에 충분히 강한 수준입니다.

또한 자가 치유 능력을 유지하여 재료의 인쇄성과 형태 제어력을 향상시켰습니다. 섭씨 1,300도(화씨 1,300도)에서 소결한 후에도 인쇄된 구조물은 형태를 유지하고 생체 활성을 유지했으며, 실험에서 새로운 뼈 성장을 촉진했습니다.

연구자들은 폭넓은 잠재력을 보고 있습니다.

연구진은 "이 '녹색' 무기 3D 프린팅 전략은 비용 효율적이고 생물학적 활성을 보존하는 바이오글라스 기반 뼈 대체물의 제작을 가능하게 했으며, 이를 통해 생체 내 골형성과 골밀도가 향상되었습니다."라고 기술했습니다.

그들은 이 방법이 기계에서 에너지에 이르는 산업으로 확장될 수 있다고 덧붙였다.

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