产品经理|顶刊综述：3D打印块体金属玻璃（5）( 三 )

▲图51. 在织物中失效后的催化性能
6.2 生物相容性
几十年来， BMGs曾经被用来作为生物医学应用的场合，其应用范围从骨科、心血管到牙科植入物和填充物，这是因为BMGs具有高强度、低弹性模量、良好的摩擦磨损性能和生物相容性能。一些BMGs ，如Ca基、Mg基、Zn基和Sr基等，可以用来作为暂时固定和机械支撑的生物降解材料。然而，作为生物应用的一个挑战在于采用铸造工艺进行制备BMG时存在形状的限制。 3D打印可以解决这个问题。 Zhang等人评估了3D打印的Zr60.14Cu22.31Fe 4.85Al9.7Ag3部件的机械性能和生物相容性。这一3D打印的BMG的屈服强度为1600 MPa ，断裂强度为36 MPa m1/2 ，杨氏模量比较低，大约为80GPA 。尤其是，多孔和形状复杂的BMG部件可以非常容易的通过SLM进行制造，如图52a-b 。得到的多孔BMG部件呈现出的压缩强度是3D打印的多孔Ti的同一形状和气孔率（70%）的三倍还要多，而维持在一个比较低的杨氏模量，只有13GPa ，见图52c-d 。这一数值同人体的杨氏模量比较接近。图52e则显示了BMG髋臼杯，直接通过SLM来制造，其平均气孔直径为500μm ，气孔率为70% 。

▲图52.（ab）CAD技术设计出来的多孔支架以及相应的采用SLM技术制造出来的玻璃态样品；（c）3D打印的多孔BMG的表面形貌；（d）SLM制造的多孔BMG的压缩应力-应变曲线；（e）3D打印的BMG髋臼杯
3D打印的BMG的生物相容性也通过细胞培养进行了评估，此时MG 63细胞经过测试，其结果同聚合物和Ti6Al4V 的样品进行了比较。图53a则显示了3D打印的Zr基BMG（Zr60.14Cu22.31Fe 4.85Al9.7Ag3）的细胞毒性，此时的细胞生长通过测量溶液的吸收来控制。结果表明细胞培养时在3D打印的BMG中呈现出比TI6Al4V合金更好地生长轮廓，测量的为三个实验周期。比较有趣的是， 3D打印的多孔样品同块体样品比较具有更为优异的生物相容性，表明多孔结构会促进细胞的增殖。

▲图53.（a）3D打印的BMGs和Ti6Al4V在1-5天的时间内经过MG63细胞培养之后的溶液吸收情况，并进行了对比， A375培养在（b）3D打印的BMG的情况；（c）塑料表面和（d）Ti6Al4V 表面，培养时间均为24h
图53b-d则为另外一个一种类型的细胞在不同材料中培育了24h之后的形貌。可以看到，细胞粘附到BMG表面非常紧密，并且铺展成球形，见图53b 。生物学上来讲，细胞的形貌是间叶细胞或茎状细胞的状态，这个有利于组织的恢复和再生。细胞粘附到BMG表面的质量比TI6Al4V的表面还要好，见图53c ，在BMG组和控制组，见图53d 。两者的细胞数量并没有明显的区别。换言之， 3D打印的BMG呈现出良好的生物相容性。
Zr60.14Cu22.31Fe4.85Al9.7 BMG的另外一个优点，在于它包含少量的Ag（3 at %），这对抗菌性能是有帮助的，见图54所示。

▲图54 在培养48h之后在不同的材料上得到的不同细菌浓度时候的吸收
6.3 腐蚀性能
通常来说， BMGs呈现出优异的耐腐蚀性能，这是因为它具有均匀的显微组织和缺乏晶格缺陷的缘故。同传统的铸造BMGs不同， 3D打印的BMG不可避免的存在缺陷，如微气孔和微裂纹以及结构的不均匀性，这将会对耐蚀性造成影响。 Zhang等人研究了SLM制备的Zr60.14Cu22.31Fe4.85Al9.7Ag3 BMG在模拟体液中于37℃时的腐蚀行为，并且同铸造的部件进行了对比。图55a显示的为两个BMGs的极化曲线。可见SLM制造和铸造的BMG呈现出相似的电化学行为，即在一个钝化电流密度条件下，在点蚀之前具有自发的钝化行为。然而， SLM制造的BMG则呈现出相对较低的点蚀电位，表明SLM制造的BMG具有较低的点蚀阻力。后来， Deng等人则比较了SLM制造的Zr基BMG （Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5）和铸造的BMG在Na2SIO4+NaCl溶液中耐蚀性。相似的现象被观察到，即SLM制造的BMG呈现出减少的点蚀抗力，见图55b 。 3D打印的BMG背后的腐蚀机理尚不清楚，仍然需要开展综合的研究来证实所观察到的结果。