Fabrication de mécanique accordable et bioactifs Métal échafaudages pour des applications biomédicales

L'objectif général de cette procédure est de fabriquer des échafaudages métalliques mécaniquement ajustables et bioactifs pour des applications biomédicales. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine des implants orthopédiques, comme la faisabilité d’un échafaudage métallique mécaniquement ajustable capable de délivrer des médicaments. Cette méthode de gentrification est simple car elle ne nécessite qu'une seule commande.

Les paramètres permettent d'obtenir à la fois un renforcement mécanique et une libération durable du médicament, et sont capables de fabriquer des structures fonctionnelles créant des poroïdes. Mélangez d'abord les quantités appropriées de poudre de titane, de caféine et de KD quatre pour des échafaudages de titane poreux avec quatre porosités initiales dans des bouteilles en polyéthylène de 500 millilitres. Faites tourner les bouteilles dans un four de broyeur à billes à une vitesse de 30 tr/min à 55 degrés Celsius pendant 30 minutes. Versez les suspensions des bouteilles en polyéthylène dans des moules cylindriques en aluminium ayant un diamètre et une hauteur de 60 millimètres.

Après avoir scellé chaque moule en aluminium avec une lame de couverture en aluminium, faire tourner les moules dans un four broyeur à billes à une vitesse de 30 tr/min à 55 degrés Celsius pendant 10 minutes. Ensuite, abaisser la température du four broyeur à billes à 44 degrés Celsius et continuer à faire tourner les moules à une vitesse de 30 tr/min à 44 degrés Celsius pendant 12 heures. Après avoir refroidi les moules par rotation à température ambiante pendant une heure, les retirer du four broyeur à billes.

Ensuite, retirez le comprimé vert solidifié de caféine au titane de chaque moule en aluminium à l’aide d’un poussoir en aluminium. Après cela, placez le comprimé vert solidifié de caféine au titane dans un sac en caoutchouc et scellez complètement le sac en le nouant avec une ficelle.

Placer le sac en caoutchouc dans un réservoir d'eau d'une presse isostatique à froid et appliquer une pression isostatique de 200 megapascals pendant 10 minutes. Après avoir retiré le sac en caoutchouc de la machine, sortir la pièce brute comprimée du sac en caoutchouc. Transférer la pièce brute de caféine au titane dans un creuset Illumina.

Placer le creuset dans une machine de lyophilisation et lyophiliser l'objet vert afin de sublimer la phase de caféine à moins 40 degrés Celsius pendant 24 heures. Après la lyophilisation, fermer le creuset avec une lame de couverture Illumina. Placer le creuset fermé dans un four sous vide à température ambiante.

Ensuite, augmentez la température du four jusqu'à 1300 degrés Celsius à un taux de chauffage de cinq degrés Celsius par minute. Les échantillons d'empilements verts séchés à l'air sont généralement fragiles et peuvent s'effondrer. Une attention particulière est requise lors de la manipulation.

Après avoir maintenu la température à 1300 degrés Celsius pendant deux heures, laisser le titane poreux centré dans le four pendant six à sept heures, jusqu'à ce que le four soit complètement refroidi à température ambiante. Une fois les échantillons retirés du four, usiner les échantillons pour obtenir des spécimens plus petits, puis transférer les échantillons dans un bécher en verre. Placer le bécher dans un autoclave et stériliser les échantillons à 121 degrés Celsius pendant 15 minutes.

Lorsque l'opération est terminée, laver les échantillons stérilisés deux fois avec de l'eau distillée et deux fois avec de l'éthanol à 70 %. Ensuite, placer le titane poreux dans une boîte de Pétri et laisser sécher les échantillons à l'air à température ambiante sous lumière UV. À ce stade, diluer la protéine fluorescente verte ou GFP à 100 microgrammes par millilitre en mélangeant un millilitre avec neuf millilitres de solution saline tamponnée au phosphate ECCO dans un tube en polystyrène stérile de 50 millilitres, puis immergez le titane poreux dans la solution de GFP diluée à température ambiante.

Ensuite, placer immédiatement l'échantillon dans un dessiccateur sous vide et faire le vide dans le dessiccateur pendant 10 minutes. Pour garantir une pénétration plus efficace de la solution de GFP dans les pores du titane poreux, retirer le bécher en verre du dessiccateur. Puis retirer le titane poreux du bécher en verre à l'aide de pinces.

Placer le titane poreux revêtu de GFP dans une boîte de Pétri de 10 centimètres de diamètre et laisser sécher à l'air toute la nuit à température ambiante sur un banc propre le jour suivant, puis rincer le titane poreux deux fois avec 10 millilitres de solution saline tamponnée au phosphate ECCOs dans un flacon en verre. Ensuite, placer le titane poreux dans une boîte de Pétri de 10 centimètres de diamètre à l’aide de pinces et laisser sécher à l'air toute la nuit à température ambiante sur un banc propre. Puis placer les échantillons de titane poreux revêtu de GFP de différentes hauteurs dans un moule cylindrique en acier, et insérer un ensemble de poinçons dans les orifices supérieurs et inférieurs du moule en acier.

Comprimer le titane poreux à l'intérieur de l'assemblage en acier dans la direction Z de l'échantillon à température ambiante. Utiliser une presse à des taux de déformation intermédiaires compris entre 0,05 et 0,1 seconde inverse, appliqués selon les déformations prédéterminées. Maintenir la pression pendant une minute.

Retirez le moule de la machine de pressage. Placez l'anneau en acier autour de la partie inférieure du corps du moule, puis remettez le moule dans la presse. Après avoir retourné le moule, appliquez lentement une pression jusqu'à ce que le piston expulse les échantillons densifiés du trou D, puis retirez le moule de la presse.

Retirer les échantillons de titane densifiés du moule en acier. Rincer enfin les échantillons densifiés deux fois avec 10 millilitres de solution saline tamponnée au phosphate ECCOs dans un bécher et les laisser sécher à l’air toute la nuit à température ambiante sur un banc propre. La structure poreuse du titane obtenue par la méthode classique de congélation dirigée présente un alignement directionnel des pores aux formes irrégulières en raison de la croissance dendritique de la caféine.

Lors de la congélation, l'échantillon provenant de l'élaboration par congélation dynamique présente des pores presque sphériques avec une distribution aléatoire des pores ; la forme des pores s'aplatit à mesure que le degré de densification augmente, et les pores disparaissent presque totalement à la densification maximale, car les pores voisins entrent en contact les uns avec les autres. Quatre échantillons présentant des porosités variables montrent des hauteurs initiales différentes avant densification, mais des hauteurs presque identiques après densification. On a observé que les deux types de matériaux, les indentations et le titane poreux, présentaient un relâchement rapide de la GFP, avec un effet de libération initiale rapide (« bursting effect »), la majeure partie étant libérée en une semaine.

Le titane poreux densifié présente une libération continue pendant un mois, montrant clairement la GFP à la surface même après un mois. Pour le support possédant un cœur plus dense, la partie externe a été raccourcie par usinage mécanique. L'image de micro-TDM après densification sélective de la partie interne plus élevée montre les parties interne et externe du support avec des porosités différentes : le titane poreux avec une partie externe plus élevée et une partie interne plus faible conduit à une partie externe plus dense après densification, dans laquelle la porosité de la partie externe est réduite tandis que la partie interne conserve la porosité initiale, une fois maîtrisé.

Cette technique peut être réalisée en 72 heures si elle est correctement effectuée après un développement. Cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine des biomatériaux pour explorer la faisabilité de la fabrication d'une métodologie associant des propriétés mécaniques évolutives et un médicament destiné au traitement des lésions de la moelle épinière. Les implications de cette technique s'étendent à la thérapie des lésions médullaires, car le support produit peut servir de remplacement artificiel du disque avec délivrance de médicament.