Name: Herstellung von mechanisch Tunable und Bioactive Metallgerüste für biomedizinische Anwendungen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-08T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 56 s
Description: Lernen Sie die Herstellung mechanisch abstimmbarer und bioaktiver Metallgerüste für biomedizinische Anwendungen. Diese Methode nutzt dynamisches Gefrierformen und Dichtung, um poröse Titanimplantate mit nachhaltiger Arzneistofffreigabe zu entwickeln.

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Diese Forschung wurde unterstützt durch das Technology Innovation Program (Vertragszuschuss Nr. 0037915, WPM Biomedical Materials-Implant Materials) und das Industrial Strategic Technology Development Program (Vertragszuschuss Nr. 10045329, Entwicklung eines maßgeschneiderten Implantats mit poröser Struktur für den Knochenersatz), finanziert vom Ministerium für Handel, Industrie und Energie (MI, Korea), und BK21 PLUS SNU Materials Division for Educating Creative Global Leaders (Vertragszuschuss Nr. 21A20131912052).

1. Herstellung von porösen Metallgerüste <ol><li> Vorbereitung Ti-Camphen Schlämme durch Mischen von kommerziell erhältlichen Ti-Pulver, Camphen und KD-4 nach dem Abwiegen der geeigneten Mengen von Materialien, wie in Tabelle 1 für poröse Ti Gerüste mit vier anfänglichen Porositäten (40, 50, 60 und 70) beschrieben. Gießen der Aufschlämmungen in 500 ml-Polyethylen (PE-Flaschen) und drehen die Flaschen bei 55 ° C für 30 min in einer Kugelmühle Ofen bei 30 Umdrehungen pro Minute. </li><li> Gießen der Schlämme aus den PE-Flaschen in zylindrische Aluminium (Al) Formen mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Höhe von 60 mm. Siegel Jede Al Form mit dem entsprechenden Al Deckglas, und drehen Sie die Formen in einer Kugelmühle Ofen bei einer Geschwindigkeit von 30 Umdrehungen pro Minute bei 55 ° C für 10 min. <ol><li> Anschließend senken die Temperatur der Kugelmühle Ofen auf 44 ° C und kontinuierliches Drehen der Formen bei einer Geschwindigkeit von 30 Umdrehungen pro Minute bei einer konstanten Temperatur von 44 ° C für 12 Std. </li></ol></li><li> Nehmen Sie die Form aus dem KugelMühle Backofen, nachdem zusätzlich Drehen der Formen bei RT für 1 h für den Kühlprozess. Entfernen Sie die erstarrten Titan / Camphen Grünkörper aus dem Al Form unter Verwendung eines Al-Kolben. </li><li> Setzen Sie den erstarrten Titan / Camphen Grünkörper in einem Gummisack mit der Hand und der Gummisack vollständig abzudichten durch das Binden der Öffnung des Beutels mit einer Schnur. Legen Sie das Gummisack im Wassertank eines kaltisostatisches Pressen (CIP) Maschine und wenden einen isostatischen Druck von 200 MPa für 10 min. Entfernen Sie die Druckgrünkörper aus der Gummisack. </li><li> Übertragen Sie die Ti-Camphen Grünkörper auf einen Aluminiumoxid-Tiegel mit der Hand und legen Sie den Tiegel im Gefriertrockner Maschine. Gefrierzutrocknen des Grünkörpers, um das Camphen Phase in der Grünkörpers bei sublimieren - 40 ° C für 24 Stunden. </li><li> Anschließend schließen Sie den Tiegel mit einem Aluminiumoxiddeckglas und legen Sie die geschlossenen Tiegel in einem Vakuumofen (unter 10 -6 Torr) bei RT. Dann wird die Temperatur des Ofens auf 1300 ° C bei einer Erwärmungs raß von 5 ° C / min und halten Sie die Temperatur bei 1300 ° C für 2 Stunden. </li><li> Nach der Wärmebehandlung, halten den gesinterten porösen Ti in dem Ofen für 6-7 Stunden, bis der Ofen voll auf RT abgekühlt. Anmerkung: Während der 6 Stunden der Abkühlung ist die mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit des Ofens oberhalb von 400 ° C ~ 15 ° C / min und die durchschnittliche Abkühlungsgeschwindigkeit des Ofens unter 400 ° C ~ 2 ° C / min. </li><li> Falls erforderlich, schneiden den Block aus gesintertem porösem Ti in scheibenförmige Proben mit einem Durchmesser von 16 mm durch elektrische Entladungsbearbeitung (EDM). 27 Hinweis: Je nach der Größe der Al Schimmelpilze, die Größe des gesinterten porösen Ti muss durch den Bearbeitungsprozess (2A) verändert werden. </li><li> Einen Glasbecher mit den porösen Ti-Proben in einem Autoklaven sterilisiert und die Proben bei 121 ° C für 15 min. Entfernen der Proben aus dem Autoklaven. Die poröse Ti-Proben mit destilliertem Wasser zweimal zweimal und dann waschen mit 70% Ethanol.Schließlich verlassen die poröse Ti in eine Petrischale und an der Luft trocknen die Proben bei RT auf einem Sterilbank unter UV-Licht. </li></ol> 2. Tauchbeschichtung von Gerüsten mit bioaktiven Mitteln <ol><li> Verdünnen des kommerziellen Green Fluorescence Protein (GFP) von 1 mg / ml bis 100 ug / ml in einer Sterilwerkbank, indem 1 ml von GFP mit 9 ml Dulbeccos phosphatgepufferter Salzlösung (DPBS, pH 7,4) Lösung in einem 10 ml-sterilisiert Polystyrol (PS) Rohr, wie in Tabelle 1 angegeben. </li><li> Tauchen Sie die sterilisiert dicht oder porös Ti in 10 ml verdünnt GFP-Lösung (100 ug / ml), indem Sie die Ti-Proben in das PS-Rohr mit dem GFP-Lösung bei RT und Unterbringung an einem Sterilbank. </li><li> Setzen Sie den PS Rohr im Vakuumtrockenschrank und evakuieren Exsikkator für 10 Minuten, um sicherzustellen, das GFP-Lösung effektiver dringt in die Poren des porösen Ti. </li><li> Entfernen Sie die porösem Titan aus der PS Rohr mit einer Pinzette. Legen Sie das GFP-beschichtete poröse Ti in eine 10 cm Durchmesser Petri Gericht und an der Luft trocknen O / N bei RT auf einem Sterilbank. </li><li> Spülen Sie die poröse Ti zweimal mit 10 ml von Dulbeccos phosphatgepufferter Salzlösung (DPBS) in einem Becherglas, und verschieben Sie die poröse Ti zu einem Durchmesser von 10 cm Petrischale mit einer Pinzette und an der Luft trocknen bei Raumtemperatur auf eine saubere Bank. </li></ol> 3. Verdichtung von porösen Gerüsten <ol><li> Legen Sie die GFP-beschichtete poröse Ti Proben mit verschiedenen Höhen in einem zylindrischen Stahlform, und legen Sie eine Reihe von Schlägen in die oberen und unteren Löcher der Stahlform (3A). </li><li> Komprimieren Sie die poröse Ti innerhalb des Stahlformanordnung bei RT in z-Richtung der Probe (3A) mit einer Pressmaschine bei mittleren Belastungsraten von 0,05 ~ 0,1 s -1 gegen die in Tabelle 2 gezeigten vorbestimmten angewendet Stämme. Halten Sie die Druck 1 min vor der Entladung. </li><li> Entfernen Sie die verdichtete Ti Proben aus der Stahlform. Zweimaliges Waschen der verdichteten Proben mit 10 ml DPBSin einem Becherglas und der Luft trocknen O / N bei RT auf einem Sterilbank. </li></ol> 4. Lassen Test von GFP beschichtet Gerüste <ol><li> Tauchen drei Arten von Proben (GFP beschichteten dichten Ti (nach den Schritten 2), GFP-beschichtete poröse Ti (nach den Schritten 1 und 2) und GFP-beschichtete verdichtete poröse Ti (nach den Schritten 1-3)) in 5 ml DPBS (pH 7,4) Lösung in einem 10 ml sterilisiertem PS Rohr auf eine saubere Bank enthielt bei 37 ° C. </li><li> Absaugen aus ganze DPBS-Lösung von jedem PS Rohr mit dem GFP-beschichteten Probe und füllt mit einer neuen 5 ml DPBS-Lösung (pH 7,4) unter Verwendung einer Pipette gemäß den vorbestimmten Zeiten von 1, 2, 3, 5, 8, 12, 15, 22 und 29 Tage nach der Immersion. </li><li> Nehmen Sie die Fluoreszenzbilder der GFP-beschichteten Proben vor dem Eintauchen (Tag 0) und nach 22 Tage-Tauch mit konfokalen Laser-Scanning-Spektroskopie (CLSM). </li><li> Messung der Fluoreszenzsignalintensität der GFP-Freigabe in 1 ml Lösung von insgesamt 5 ml DPBS-Lösung unter Verwendung von jeder PS Rohr in 4.2 gezeichnetUV-spektroskopisch bei einer Wellenlänge von 215 nm. Den Intensitätswert umzuwandeln in die Konzentration des GFP-Lösung unter Verwendung der Standardkurve. Anmerkung: Vor der Messung wird die Ziehung der Standardkurve für GFP Lösung durch Messen der Fluoreszenzsignalintensität der GFP-Lösung in einem Konzentrationsbereich von 0 ng / ml - 10 ug / ml. </li></ol> 5. Herstellung von Graded Porous Ti Gerüste <ol><li> Erzeugen einen Block des gesinterten porösen Ti durch Wiederholen von Schritt 1.1 zu Schritt 1.7. </li><li> Maschine der gesinterte poröse Ti Block entsprechend der vorbestimmten Struktur-Designs (zB 5a und 5d), die durch EDM. </li><li> Platzieren der bearbeiteten Ti Proben mit Höhenverteilung in einer Stahlform, wo der Durchmesser des porösen Ti ~ 0,1 mm kleiner als der Durchmesser der Düse und legen eine Reihe von Schlägen in die oberen und unteren Löcher der Stahlform. </li><li> Führen Sie die Schritte 3.2 und 3.3. </li></ol> 6. Porosität Measurement Ti Gerüste <ol><li> Messen Sie die Masse (m n) des Ti Gerüsten. </li><li> Berechnung des scheinbaren Volumens (V n) durch Messen der Länge, Breite und Höhe des Ti Gerüsten. </li><li> Berechnen der Porosität unter Verwendung der folgenden Gleichung: <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/53279/53279eq1.jpg" /> wobei P die Gesamtporosität Prozentsatz ρ Ti beträgt die theoretische Dichte des Titans und m S / V S die gemessene Dichte der Probe. Anmerkung: Die Porosität Ti Proben können direkt von microCT Bildern abgerufen werden, nachdem microCT Bildgebung wird unter Verwendung eines Mikrocomputertomographen durchgeführt wird. </li></ol>

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Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.

Während Biometall Systeme sind weit verbreitet für biomedizinische Anwendungen verwendet, insbesondere als tragende Materialien, hohe Steifigkeit und geringe Bioaktivität von Metallen haben große Herausforderungen betrachtet. In dieser Studie haben wir die Herstellungsverfahren für eine neue Metall-System, einer verdichteten porösen Metallgerüst, das biomimetische mechanischen Eigenschaften sowie bioaktive Oberfläche mit einer nachhaltigen Freisetzungsverhalten hat. Die Hauptvorteile der Herstellungsverfahren schließen ...

Während metallische Biomaterialien wurden weithin als tragende Implantate und interne Fixationsvorrichtungen, aufgrund ihrer ausgezeichneten mechanischen Festigkeit und Widerstandskraft, 1-3 verwendet sie beinhalten zwei kritischen Herausforderungen: 1) mechanische Fehlanpassung, weil Metalle sind viel steifer als biologisches Gewebe, was zu unerwünschten Schäden zu den umliegenden Geweben und 2) geringe Bioaktivität, die oft zu einer schlechten Oberfläche mit biologischen Geweben, oft provozieren Fremdkörperreaktionen (zB Entzündung oder Thrombose). 4-6 porösen Metallgerüste vorgeschlagen worden, um das Einwachsen von Knochen in den Strukturen fördern, die Verbesserung . Knochen-Implantat-Kontakt, während die Spannungsabschirmung Effekte werden wegen ihrer geringeren Steifigkeit drückt 7-9 Außerdem können verschiedene Oberflächenmodifikationen wurden angewandt, um die biologischen Aktivitäten von metallischen Implantaten zu verbessern; Solche Modifikationen schließen Beschichtung der Metalloberfläche mit bioaktiven Molekülen (zB Wachstums facToren) oder Arzneimitteln (zB, Vancomycin, Tetracyclin). 10-12 jedoch Probleme wie reduzierte mechanische Eigenschaften der porösen Metallgerüste, verminderte Steifigkeit und die schnelle Freisetzung des biologisch aktiven Überzugsschichten ungelöst bleiben. 13-16 Insbesondere Titan (Ti) und Ti-Legierungen sind eine der beliebtesten Biometall Systeme wegen ihrer ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, chemische Stabilität und gute Biokompatibilität. 13,17-19 Die schaumförmigen Anwendungen wurden zog auch zunehmendes Interesse, weil der 3D- poröse Netzwerke fördern das Einwachsen von Knochen neben knochenartige mechanische Eigenschaften. 20-22 wurden Anstrengungen unternommen, um die mechanischen Eigenschaften durch die Entwicklung neuer Fertigungsverfahren, einschließlich Replikation polymerer Schwamm, Sintermetallpartikeln, Rapid Prototyping (RP) Verfahren zu verbessern, und Platzhalter Verfahren, um die verschiedenen Eigenschaften der Poren zu kontrollieren (zB Porenanteil,Form, Größe, Verteilung und Konnektivität) und Materialeigenschaften (zB metallische Phase und Verunreinigung). 23-25 ​​Vor kurzem hat die Gefriert Gießen von Wasser basierende Metallschlamm beträchtliche Aufmerksamkeit mechanisch verstärkten Ti bildet mit gut ausgerichteten Poren produzieren gewonnen Strukturen durch Ausnutzung der unidirektionalen Eis Dendritenwachstum während der Erstarrung; jedoch Sauerstoffkontamination durch Kontakt von Metallpulvern mit Wasser verursacht erfordert besondere Sorgfalt, um die Versprödung des Ti Gerüsten zu minimieren. 14,15 Daher haben wir einen neuen Ansatz zur Herstellung von bioaktiven und mechanisch abstimmbaren poröse Ti Gerüsten entwickelt. 25. Die Gerüste anfänglich porösen Strukturen mit einer Porosität von mehr als 50%. Die hergestellten porösen Gerüste wurden mit bioaktiven Molekülen beschichtet und dann komprimiert unter Verwendung einer mechanischen Presse, in dem die Endporosität, mechanische Eigenschaften und Arzneimittelfreisetzungsverhaltens wurden vom Anmelder gesteuerteed-Stamm. Die verdichteten porösen Ti Implantate geringer Porosität mit guter Festigkeit trotz der geringen Steifigkeit vergleichbar mit der Knochen (3-20 GPa). 2 Weil der Beschichtungsschicht gezeigt, wurde die Bioaktivität des verdichteten porösen Ti deutlich verbessert. Darüber hinaus kann aufgrund der einzigartigen Flachporenstrukturen durch das Verdichtungsverfahren induziert wurden die beschichteten biologisch aktiven Moleküle gesehen, allmählich vom Gerüst gelöst werden, die Aufrechterhaltung ihrer Wirksamkeit über einen längeren Zeitraum. In dieser Studie haben wir unsere etablierten Methode, um verdichtete poröse Ti Gerüsten für die mögliche Verwendung in biomedizinischen Anwendungen herzustellen. Das Protokoll enthält dynamische Gefrierguss mit Metall Schlämmen und Verdichtung der porösen Gerüsten. Erstens, um poröse Ti Gerüsten mit guter Duktilität der dynamische gefrier Gießverfahren eingeführt wurde, wie in 1A gezeigt, herzustellen. Ti-Pulver wurde in flüssigem Camphen dispergiert sind; Dann wird durch Senken der Temperatur,die flüssige Phase verfestigt, was zur Phasentrennung zwischen dem Ti-Pulver Netzwerk und feste Camphen Kristallen. Anschließend wurde die verfestigte Ti-Camphen Grünkörper gesintert, in dem Ti-Pulver wurden mit kontinuierlicher Ti Streben kondensiert und das Camphen Phase wurde vollständig entfernt, um eine poröse Struktur zu erhalten. Die Beschichtungs- und Verdichtungsverfahren mit den erhaltenen porösen Gerüsten wurde eingesetzt, Variieren der Verdichtungsgrad und erste Porosität. Die Beschichtungsschicht und ihre Freisetzungsverhaltens wurden visualisiert und quantifiziert unter Verwendung des grün fluoreszierenden Proteins (GFP) beschichteten porösen Ti mit oder ohne Verdichtung im Vergleich zu dem GFP-beschichteten dichten Ti. Schließlich wurden funktionsgradierter Ti Gerüsten, die zwei verschiedene poröse Strukturen vorgeschlagen und durch Variieren der Verdichtungsgrad der inneren und äußeren Teile der porösen Gerüsten demonstriert.

<table><tbody><tr><td>Titanpulver</td><td>Alfa Aesar</td><td>#42624-325</td> <td>mesh, 99,5% (Metallbasis)</td></tr><tr><td>Camphen</td><td>SigmaAldrich</td><td>#456055</td><td>95%, C10H16</td></tr><tr><td>KD-4 Croda&</td><td></td><td>shy;</td><td>Hypermer, polymeres Dispergiermittel</td></tr><tr><td>Phosphatpufferlösung (PBS)</td><td>Welgene</td><td>ML 008-01</td><td>&shy;</td></tr><tr><td>Grün fluoreszierendes Protein (GFP)</td><td>Genoss Co.</td><td>-</td><td>>98% Reinheit, 1 mg/ml</td></tr><tr><td>Kugelmühlenofen</td><td>SAMHENUG ENERGY</td><td>SH-BDO150</td><td>&shy;</td></tr><tr><td>Gefriertrockner</td><td>Ilshin Lab.</td><td>PVTFD50A</td><td>&schüchtern;</td></tr><tr><td>Kaltisostatische Pressmaschine (CIP)</td><td>SONGWON SYSTEMS</td><td>CIP 42260</td><td>&shy;</td></tr><tr><td>Vakuumofen</td><td>JEONG MIN INDUSTRIAL</td><td>JM-HP20</td><td>&shy;</td></tr><tr><td>elektrische Chaege-Maschine</td><td>FANUC robocut</td><td>0iB</td> Pressmaschine <td>zur externen Verwendung</td></tr><tr><td></td><td>CG& S</td><td>AJP-200&</td><td>schüchtern;</td></tr><tr><td>Konfokale Laser-Scanning-Spektroskopie (CLSM)</td><td>Olympus</td><td>FluoView FV1000</td><td>Externe Verwendung</td></tr></tbody></table>

herstellung von mechanisch tunable und bioactive metallgerüste für biomedizinische anwendungen

Fabrication of Mechanically Tunable and Bioactive Metal Scaffolds for Biomedical Applications

Biometallsysteme sind in biomedizinischen Anwendungen weit verbreitet, insbesondere als tragende Materialien. Große Herausforderungen sind jedoch die hohe Steifigkeit und die geringe Bioaktivität von Metallen. In dieser Studie haben wir eine neue Methode zur Herstellung einer neuen Art von bioaktiven und mechanisch zuverlässigen porösen Metallgerüsten entwickelt - verdichtete poröse Ti-Gerüste. Das Verfahren besteht aus zwei Herstellungsverfahren, 1) der Herstellung von porösen Ti-Gerüsten durch dynamisches Gefriergießen und 2) der Beschichtung und Verdichtung der porösen Gerüste. Das dynamische Gefriergussverfahren zur Herstellung poröser Ti-Gerüste ermöglichte die Verdichtung poröser Gerüste durch Minimierung der chemischen Kontamination und der strukturellen Defekte. Der Verdichtungsprozess ist aus drei Gründen einzigartig. Erstens ist der Verdichtungsprozess einfach, da er eine Kontrolle von nur einem Parameter (Verdichtungsgrad) erfordert. Zweitens ist es wirksam, da es eine mechanische Verbesserung und nachhaltige Freisetzung von Biomolekülen aus porösen Gerüsten erreicht. Drittens hat es breite Anwendungsmöglichkeiten, da es auch für die Herstellung von funktional abgestuften porösen Gerüsten durch räumlich unterschiedliche Dehnung während der Verdichtung anwendbar ist.

Der Herstellungsprozess, um poröse Ti Gerüsten verwendet wird in 1A dargestellt. Ti-Pulver gehalten wird homogen in Camphen durch kontinuierliche Drehung des Behälters bei 44 ° C 12 h lang dispergiert und während flüssige Camphen vollständig verfestigt ist, irgendwelche Sedimente des relativ schweren Ti Pulvers minimiert werden. Als Ergebnis wurde die homogene Ti-Camphen Grünkörpers unter Verwendung des dynamischen gefrierGussVerfahren hergestellt, wie in 1B gezeigt, in...

Bioaktive und mechanisch zuverlässige Metallgerüste wurden durch ein Verfahren hergestellt, das aus zwei Prozessen besteht, dem dynamischen Gefrierguss zur Herstellung von porösem Ti und dem Beschichten und Verdichten der Ti-Gerüste. Der Verdichtungsprozess ist einfach, effektiv und anwendbar auf die Herstellung von funktional abgestuften Gerüsten.

Herstellung von mechanisch Tunable und Bioactive Metallgerüste für biomedizinische Anwendungen

Biometal systems have been widely used for biomedical applications, in particular, as load-bearing materials. However, major challenges are high stiffness ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, mechanisch einstellbare und bioaktive Metallgerüste für biomedizinische Anwendungen herzustellen. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der orthopädischen Implantate zu beantworten, beispielsweise die Machbarkeit eines mechanisch einstellbaren Metallgerüsts, das in der Lage ist, Wirkstoffe abzugeben. Diese Methode ist einfach, da sie nur eine Steuerung erfordert. Parameter erreichen sowohl eine mechanische Verstärkung als auch eine nachhaltige Arzneimittelfreisetzung und eignen sich für die Herstellung funktionalisierter poröser Strukturen. Mischen Sie zunächst die geeigneten Mengen an Titanpulver, Koffein und KD vier für poröse Titan-Scaffolds mit vier verschiedenen Anfangsporositäten in 500-Milliliter-Polyethylenflaschen. Drehen Sie die Flaschen in einem Kugelmühlofen mit einer Geschwindigkeit von 30 U/min bei 55 Grad Celsius für 30 Minuten. Gießen Sie die Suspensionen aus den Polyethylenflaschen in zylindrische Aluminiumformen mit einem Durchmesser und einer Höhe von jeweils 60 Millimetern.Nachdem jede Aluminiumform mit einem Aluminium-Deckglas verschlossen wurde, drehen Sie die Formen 10 Minuten lang in einem Kugelmühlofen mit einer Geschwindigkeit von 30 U/min bei 55 Grad Celsius. Danach senken Sie die Temperatur des Kugelmühlofens auf 44 Grad Celsius und drehen die Formen kontinuierlich 12 Stunden lang mit einer Geschwindigkeit von 30 U/min bei 44 Grad Celsius. Nach dem Abkühlen der Formen durch eine Stunde Drehen bei Raumtemperatur nehmen Sie sie aus dem Kugelmühlofen heraus.Entfernen Sie dann den erstarrten grünen Körper aus Titan-Koffein aus jeder Aluminiumform mithilfe eines Aluminiumstößels. Danach platzieren Sie den erstarrten grünen Körper aus Titan-Koffein in eine Gummihülle und verschließen Sie die Hülle vollständig, indem Sie sie mit einer Schnur zubinden.Legen Sie den Gummibeutel in einen Wassertank einer kaltisostatischen Presse und bringen Sie einen isostatischen Druck von 200 Megapascal für 10 Minuten auf. Nachdem Sie den Gummibeutel aus der Maschine entfernt haben, nehmen Sie den komprimierten Grünkörper aus dem Gummibeutel heraus. Überführen Sie den Grünkörper aus Titan-Coffein in eine Illumina-Tiegel.Stellen Sie den Tiegel in eine Gefriertrocknungsanlage und trocknen Sie den grünen Körper bei minus 40 Grad Celsius 24 Stunden lang gefriertrocknend, um die Caffeinphase zu sublimieren. Schließen Sie nach der Gefriertrocknung den Tiegel mit einem Abdeckobjektträger von Illumina. Stellen Sie den geschlossenen Tiegel bei Raumtemperatur in einen Vakuumofen.Erhöhen Sie dann die Ofentemperatur auf 1300 Grad Celsius mit einer Heizrate von fünf Grad Celsius pro Minute. Luftgetrocknete Grünkörperproben sind in der Regel schwach und können einstürzen. Bei der Handhabung ist besondere Vorsicht erforderlich.Nachdem die Temperatur zwei Stunden lang bei 1300 Grad Celsius gehalten wurde, den zentrierten porösen Titan im Ofen sechs bis sieben Stunden lang belassen, bis der Ofen vollständig auf Raumtemperatur abgekühlt ist. Sobald die Proben aus dem Ofen entnommen wurden, die Proben maschinell zu kleineren Exemplaren verarbeiten und in ein Glasbecherglas überführen. Das Becherglas in einen Autoklaven stellen und die Proben bei 121 Grad Celsius 15 Minuten lang sterilisieren.Wenn der Vorgang abgeschlossen ist, spülen Sie die sterilisierten Proben zweimal mit destilliertem Wasser und zweimal mit 70 % Ethanol. Anschließend geben Sie das poröse Titan in eine Petrischale und lassen die Proben bei Raumtemperatur unter UV-Licht trocknen. Verdünnen Sie zu diesem Zeitpunkt grünes Fluoreszenzprotein oder GFP auf 100 Mikrogramm pro Milliliter, indem Sie ein Milliliter mit neun Milliliter der mit ECCOs gepufferten phosphathaltigen Salzlösung mischen. In einem 50-Milliliter-sterilen Polystyrolrohr tauchen Sie das poröse Titan bei Raumtemperatur in die verdünnte GFP-Lösung ein.Bringen Sie die Probe anschließend sofort in einen Vakuum-Exsikkator und evakuieren Sie den Exsikkator 10 Minuten lang. Um sicherzustellen, dass die GFP-Lösung die Poren des porösen Titans wirksamer durchdringt, nehmen Sie das Glasbecherglas aus dem Exsikkator heraus. Anschließend entfernen Sie das poröse Titan mit einer Pinzette aus dem Glasbecher.Platzieren Sie den mit GFP beschichteten porösen Titan in eine Petrischale mit einem Durchmesser von 10 Zentimetern und lassen Sie ihn am folgenden Tag über Nacht bei Raumtemperatur auf einer sauberen Arbeitsbank lufttrocknen. Spülen Sie den porösen Titan anschließend zweimal mit je 10 Milliliter Phosphat-gepufferter Salzlösung (ECCOs) in einem Glasbehälter ab. Danach bringen Sie den porösen Titan mit Hilfe einer Pinzette in eine Petrischale mit einem Durchmesser von 10 Zentimetern und lassen ihn erneut über Nacht bei Raumtemperatur auf einer sauberen Arbeitsbank lufttrocknen. Stellen Sie danach die mit GFP beschichteten Proben des porösen Titans mit unterschiedlichen Höhen in eine zylindrische Stahlform und führen Sie einen Satz Stempel in die oberen und unteren Öffnungen der Stahlform ein.Das poröse Titan im Stahlformteil in Z-Richtung der Probe bei Raumtemperatur komprimieren. Mit einer Presse bei mittleren Dehnraten von 0,05 bis 0,1 inversen Sekunden bis zu den vorbestimmten angelegten Dehnungen arbeiten. Den Druck eine Minute lang halten.Entfernen Sie die Form von der Pressemaschine. Legen Sie den Stahlring über das untere Ende des Formkörpers und setzen Sie die Form anschließend wieder in die Presse ein. Nach dem Umkehren der Form langsam Druck ausüben, bis der Kolben die verdichteten Proben aus der D-Bohrung herausdrückt, und danach die Form von der Presse entfernen.Entfernen Sie die verdichteten Titanproben aus der Stahlfarbe. Spülen Sie die verdichteten Proben abschließend zweimal mit je 10 Milliliter eingeschossenem, phosphatgepuffertem Salzlösung in einem Becher und lassen Sie sie über Nacht bei Raumtemperatur auf einer sauberen Arbeitsfläche an der Luft trocknen. Die Porenstruktur von Titan aus herkömmlichem Schrittgießen weist eine gerichtete Porenausrichtung mit unregelmäßig geformten Poren auf, bedingt durch das dendritische Wachstum von Koffein.Während des Einfrierens weist die Probe aus dynamischem Scherfreierschäumen nahezu kugelförmige Poren mit zufälliger Porenverteilung auf; die Porenform wird abgeflacht, je stärker die Verdichtung fortschreitet, und die Poren verschwinden bei stärkster Verdichtung nahezu, da benachbarte Poren miteinander in Kontakt geraten. Vier Proben mit unterschiedlichen Porositäten zeigen verschiedene Ausgangshöhen vor der Verdichtung, jedoch nahezu identische Höhen nach der Verdichtung. Sowohl Vertiefungen als auch poröses Titan wiesen ein schnelles Freisetzungsverhalten von GFP mit einem initialen Burst-Effekt auf, wobei der größte Teil innerhalb einer Woche freigesetzt wurde.Verdichtetes poröses Titan zeigt eine kontinuierliche Freisetzung über einen Zeitraum von bis zu einem Monat, wobei GFP bereits nach einem Monat deutlich auf der Oberfläche sichtbar ist. Bei dem Scaffold mit dichterem Kern wurde der äußere Teil durch maschinelles Bearbeiten verkürzt. Das Mikro-CT-Bild nach selektiver Verdichtung des höheren inneren Bereichs zeigt die innere und äußere Partie des Scaffold mit unterschiedlichen Porositäten; poröses Titan mit höherer äußerer und niedrigerer innerer Dichte führt nach der Verdichtung zu einem dichteren äußeren Bereich, bei dem die Porosität des äußeren Teils verringert wurde, während der innere Teil die ursprüngliche Porosität beibehielt, sobald der Prozess beherrscht war.Diese Technik kann innerhalb von 72 Stunden durchgeführt werden, wenn sie nach einer Entwicklung ordnungsgemäß angewendet wird. Diese Technik ebnete den Weg für Forscher im Bereich der Biomaterialien, die Machbarkeit der Herstellung von Metakonstruktionen mit umschaltbaren mechanischen Eigenschaften und der Freisetzung von Arzneimitteln zur Behandlung von Wirbelsäulenverletzungen zu untersuchen. Die Auswirkungen dieser Technik reichen bis in die Therapie von Wirbelsäulenverletzungen hinein, da das hergestellte Gerüst als künstlicher Bandscheibenersatz mit Arzneimittelabgabe fungieren kann.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

Wir präsentieren zwei Prozesse für die Mikrofabrikation von porösen Polymer-Chips für dreidimensionale Zellkultivierung. Die erste ist Heißprägen mit einem Lösemitteldampf Schweißverfahren kombiniert. Die zweite nutzt ein neu entwickeltes microthermoforming Prozess mit Ionen-Track-Technologie führt zu einer wesentlichen Vereinfachung der Herstellung kombiniert.

Microfabrication der Chip-Größe Gerüste für die dreidimensionale Kultivierung der Zellen

In diesem Video zeigen wir Ihnen, Modifikation Techniken für poröse metallische Implantate, um ihre Funktionalität zu verbessern und die Zellwanderung steuern. Techniken umfassen die Entwicklung von Poren Gradienten zu Zelle Bewegung in 3D und Produktion von Basalmembran imitiert zu Zelle Bewegung in 2-D zu steuern. Auch ist eine HPLC-Methode zur Überwachung Implantatintegration in-vivo durch eine Analyse von Blut Proteine ​​beschrieben.

Multi-Skala Modifikation von metallischen Implantaten mit Pore Farbverläufe, Polyelektrolyte und ihre indirekte Überwachung<em&gt; In vivo</em

Blending ist ein effizienter Ansatz zur Biomaterialien mit einem breiten Spektrum von Eigenschaften und Funktionen kombiniert erzeugen. Durch die Vorhersage der molekularen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen natürlichen Seidenproteinen, können neue Seide-Seidenprotein-Legierung Plattformen mit einstellbaren mechanischen Elastizität, elektrische Antwort, optische Transparenz, chemische Verarbeitbarkeit, biologische Abbaubarkeit oder thermische Stabilität ausgelegt werden.

Gestaltung Silk-Seidenprotein-Legierungen für biomedizinische Anwendungen

Hier präsentieren wir ein Protokoll zur elektroNanoFaserGerüste mit abgestuften Organisation der Fasern herzustellen und zu erforschen ihre Anwendungen bei der Regulierung der Zellmorphologie / Ausrichtung. Farbverläufe in Bezug auf physikalische und chemische Eigenschaften der Nanofasergerüste bieten eine Vielzahl von Anwendungen im Bereich der Biomedizin.

Elektronanofasergerüste mit Abstufungen in Fiber-Organisation

Gerüste, die in kranio-maxillofaziale (CMF) Knochendefekte passen können und gleichzeitig Osteokonduktivität und Bioaktivität aufweisen, sind von Interesse. Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung eines Formgedächtnisgerüsts auf der Basis von Polycaprolactondiacrylat (PCL-DA) unter Verwendung eines Lösungsmittelguss-Partikelauslaugungsverfahrens (SCPL) unter Verwendung einer geschmolzenen Salzschablone und des Aufbringens einer bioaktiven Polydopaminbeschichtung.

Herstellung eines bioaktiven, PCL-basierte &quot;Self-Montage&quot; Formgedächtnispolymer Scaffold

Eine innovative Biofabrikationstechnik wurde entwickelt, um dreidimensionale Konstrukte zu entwickeln, die den architektonischen Merkmalen, Komponenten und mechanischen Eigenschaften von in vivo Gewebe ähneln. Bei dieser Technik wird ein neu entwickeltes Opfermaterial, BSA-Kautschuk, verwendet, das detaillierte räumliche Merkmale überträgt und die In-vivo-Architekturen einer Vielzahl von Geweben reproduziert.

Dreidimensionale Biomimetic Technologie: Neuartige Biorubber Erzeugt definierte Mikro- und Makro-Skala Architekturen in Collagen Hydrogele

In dieser Arbeit wurden Gerüste aus Poly(milchsäure)/Polyethylenglykol (PLA/PEG) mit einer Kombination aus Schmelzemischen und selektiver Laugung hergestellt. Das hierin diskutierte Verfahren ermöglichte die Entwicklung von dreischichtigen Gerüsten durch hochgradige Kontrolle sowohl der Porosität als auch der Porengröße. Die mechanischen Eigenschaften wurden auch in einer physiologischen Umgebung bewertet.

Ein Facile und umweltfreundliche Weg zu fabrizieren Poly (Milchsäure) Scaffolds mit Graded Porengröße

Dieses Protokoll dient als ein umfassender Leitfaden, Gerüste über Elektrospinnen mit Polymer zu fabrizieren in eine direkte Schreibmodus schmilzt. Wir beschreiben den Prozess systematisch und definieren Sie die entsprechenden Parameter-Einstellungen für gezielte Gerüst Architekturen zu erreichen.

Elektrospinnen Schreiben von dreidimensionalen Poly(ε-caprolactone) Gerüste mit steuerbaren Morphologien für Tissue Engineering Anwendungen zu schmelzen

Decellularized Knorpel stammenden Gerüste als ein Gerüst, um Führer Knorpelreparatur sowie ein Mittel lässt sich um osteochondrale Gewebe zu regenerieren. Dieses Papier beschreibt den Decellularization Prozess im Detail und enthält Vorschläge, diese Gerüste in in-vitro-Einstellungen zu verwenden.

Herstellung von Decellularized Knorpel abgeleitet Matrix Gerüste

Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung von Polycaprolactons (PCL) Filament mit eingebetteten Polymilchsäure (PLA) Säure Mikrosphären die decellularized Matrizen (DM) für den 3D-Druck von strukturellen Gewebetechnik Konstrukte enthalten.

Neuartiges Verfahren für den 3D-Druck Decellularized Matrizen

Das Plasmapolieren ist eine vielversprechende Oberflächenbearbeitungstechnologie, die sich besonders für den 3D-Druck von porösen Werkstücken aus Titanlegierungen eignet. Es kann halbgeschmolzene Pulver und ablative Oxidschichten entfernen, wodurch die Oberflächenrauheit effektiv reduziert und die Oberflächenqualität verbessert wird.

Plasmapolieren als neue Polieroption zur Reduzierung der Oberflächenrauheit poröser Titanlegierungen für den 3D-Druck

Lernen Sie die Herstellung mechanisch abstimmbarer und bioaktiver Metallgerüste für biomedizinische Anwendungen. Diese Methode nutzt dynamisches Gefrierformen und Dichtung, um poröse Titanimplantate mit nachhaltiger Arzneistofffreigabe zu entwickeln.

Herstellung von mechanisch Tunable und Bioactive Metallgerüste für biomedizinische Anwendungen

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