Base de connaissances

Karamzadeh, V.; Sarvestani, H.Y.; Sohrabi-Kashani, A.; Kulkarni, A.; Jafari, A.; Lacelle, T.; Savoji, H.; Jakubinek, M.B.; Ashrafi, B. (2025). Engineering ceramics for biomedical applications through nanofiller integration and 3D printing. Advanced Composites and Hybrid Materials, vol. 8, 2025, 223.

Connus pour leur résistance et leur durabilité, les matériaux céramiques sont souvent limités par leur fragilité. Les céramiques dérivées de polymères (PDC, pour Polymer-Derived Ceramics) offrent une alternative prometteuse, permettant la fabrication de formes complexes que les céramiques traditionnelles peinent à réaliser. Cette étude présente une méthode économique pour produire des PDC robustes en utilisant l’impression 3D à cristaux liquides (LCD) à faible coût, combinée à l’intégration stratégique de nanoremplisseurs. En incorporant des nanoremplisseurs tels que le nitrure de silicium et l’alumine dans une matrice précurseur de silico-oxycarbure (SPR-684), nous avons considérablement amélioré les propriétés mécaniques des céramiques obtenues. Des formulations optimisées, incluant un photoinitiateur pour la photopolymérisation en cuve, ont été imprimées en 3D sous des géométries complexes, telles que des gyroïdes et des treillis, puis converties en céramiques par pyrolyse. Nous avons étudié systématiquement l’effet de différentes concentrations de nanoremplisseurs (0,2 à 1 % en poids) sur la densité, la microstructure et les performances mécaniques des treillis PDC. Les résultats ont montré des améliorations remarquables, avec des augmentations allant jusqu’à 2060 % en ténacité, 20 % en rigidité et 900 % en résistance à la compression grâce à l’intégration des nanoremplisseurs. Concernant la biocompatibilité, les tests de cytotoxicité ont révélé une forte viabilité et prolifération cellulaires sur les échafaudages PDC fabriqués, indiquant une cytotoxicité minimale et favorisant l’adhésion cellulaire — des caractéristiques essentielles pour l’intégration tissulaire en applications biomédicales. De plus, les propriétés en compression des céramiques enrichies en nanoremplisseurs sont très proches de celles de l’os trabéculaire humain, soulignant leur pertinence comme implants biomécaniques porteurs de charge. Cette méthode d’impression 3D LCD offre polyvalence, précision et rentabilité pour la fabrication de biocéramiques, positionnant ces matériaux comme de solides candidats pour les dispositifs biomédicaux futurs, où les performances mécaniques et la biocompatibilité sont toutes deux cruciales.

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