Fabbricazione di meccanicamente Tunable e Bioactive metallo Ponteggi per applicazioni biomediche

L'obiettivo generale di questa procedura è realizzare scaffold metallici meccanicamente regolabili e bioattivi per applicazioni biomediche. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nel campo degli impianti ortopedici, come la fattibilità di uno scaffold metallico meccanicamente regolabile in grado di rilasciare farmaci. Questo metodo di gretizzazione è semplice perché richiede un solo controllo.

I parametri raggiungono sia il potenziamento meccanico che il rilascio sostenibile del farmaco e sono in grado di fabbricare strutture funzionali create por oid. Per prima cosa, mescolare le quantità appropriate di polvere di titanio, caffeina e KD quattro per ottenere impalcature di titanio poroso con quattro porosità iniziali in bottiglie di polietilene da 500 millilitri. Ruotare le bottiglie in un forno a macinazione a sfera a una velocità di 30 giri al minuto a 55 gradi Celsius per 30 minuti. Versare le sospensioni dalle bottiglie di polietilene in stampi cilindrici di alluminio con un diametro e un'altezza di 60 millimetri.

Dopo aver sigillato ogni stampo in alluminio con un vetrino in alluminio, ruotare gli stampi in un forno a macina a sfera a una velocità di 30 RPM a 55 gradi Celsius per 10 minuti. Successivamente, ridurre la temperatura del forno a macina a sfera a 44 gradi Celsius e continuare a ruotare gli stampi a una velocità di 30 RPM a 44 gradi Celsius per 12 ore. Dopo aver raffreddato gli stampi mediante rotazione a temperatura ambiente per un'ora, rimuoverli dal forno a macina a sfera.

Quindi rimuovere il corpo verde solidificato di caffeina al titanio da ciascuno stampo di alluminio utilizzando un punzone di alluminio. Successivamente, collocare il corpo verde solidificato di caffeina al titanio in un sacchetto di gomma e sigillare completamente il sacchetto legandolo con uno spago.

Posizionare il sacchetto di gomma in un serbatoio d'acqua di una pressa isostatica a freddo ed applicare una pressione isostatica di 200 megapascals per 10 minuti. Dopo aver rimosso il sacchetto di gomma dalla macchina, estrarre il corpo verde compresso dal sacchetto di gomma. Trasferire il corpo verde di caffeina al titanio in un crogiuolo Illumina.

Posizionare il crogiolo in un liofilizzatore e liofilizzare il corpo verde per sublimare la fase di caffeina a meno 40 gradi Celsius per 24 ore. Dopo la liofilizzazione, chiudere il crogiolo con un coprioggetto Illumina. Posizionare il crogiolo chiuso in un forno sotto vuoto a temperatura ambiente.

Quindi aumentare la temperatura del forno a 1300 gradi Celsius con una velocità di riscaldamento di cinque gradi Celsius al minuto. I campioni di corpo verde essiccati all'aria sono solitamente fragili e potrebbero collassare. È necessaria una particolare attenzione durante la manipolazione.

Dopo aver mantenuto la temperatura a 1300 gradi Celsius per due ore, lasciare il titanio poroso centrato nel forno per sei-sette ore, fino a quando il forno si sarà raffreddato completamente a temperatura ambiente. Una volta rimosso i campioni dal forno, lavorare i campioni per ottenere specimini più piccoli e trasferirli in un becher di vetro. Posizionare il becher in un autoclave e sterilizzare i campioni a 121 gradi Celsius per 15 minuti.

Una volta terminato, lavare i campioni sterilizzati due volte con acqua distillata e due volte con etanolo al 70%. Quindi posizionare il titanio poroso in una capsula di Petri e far asciugare i campioni all'aria a temperatura ambiente sotto luce UV. A questo punto, diluire la proteina fluorescente verde o GFP fino a 100 microgrammi per millilitro mescolando un millilitro con nove millilitri di soluzione salina tamponata al fosfato ECCOs in un tubo di polistirene sterilizzato da 50 millilitri; immergere il titanio poroso nella soluzione di GFP diluita a temperatura ambiente.

Quindi posizionare immediatamente il campione in un essiccatore sotto vuoto ed evacuare l'essiccatore per 10 minuti. Per garantire una migliore penetrazione della soluzione di GFP nei pori del titanio poroso, rimuovere il becher di vetro dall'essiccatore. Successivamente, rimuovere il titanio poroso dal becher di vetro utilizzando pinze.

Posizionare il titanio poroso rivestito con GFP in una piastra di Petri di 10 centimetri di diametro e lasciarlo asciugare all'aria tutta la notte a temperatura ambiente su un banco pulito; il giorno seguente, risciacquare il titanio poroso due volte con 10 millilitri di soluzione salina tamponata al fosfato ECCOs in un becher di vetro. Successivamente, posizionare il titanio poroso in una piastra di Petri di 10 centimetri di diametro utilizzando pinzette e lasciarlo asciugare all'aria tutta la notte a temperatura ambiente su un banco pulito. Quindi, posizionare i campioni di titanio poroso rivestiti con GFP di diverse altezze in uno stampo cilindrico di acciaio e inserire un set di punzoni nei fori superiore e inferiore dello stampo di acciaio.

Comprimere il titanio poroso all'interno dell'assiembo in acciaio alla temperatura ambiente nella direzione Z del campione. Utilizzare una pressa a velocità di deformazione intermedie comprese tra 0,05 e 0,1 secondi inversi rispetto alle deformazioni applicate predeterminate. Mantenere la pressione per un minuto.

Rimuovere la matrice dalla pressa. Posizionare l'anello di acciaio sulla base del corpo della matrice e reinserire la matrice nella pressa. Dopo aver capovolto la matrice, applicare lentamente pressione finché il pistone espelle i campioni compattati dal foro D, quindi rimuovere la matrice dalla pressa.

Rimuovere i campioni di titanio densificati dallo stampo di acciaio. Infine, lavare i campioni densificati due volte con 10 millilitri di soluzione salina tamponata al fosfato ECCOs in un becher e lasciarli asciugare all'aria durante la notte a temperatura ambiente su un banco pulito. La struttura porosa del titanio ottenuta mediante la tecnica convenzionale di congelamento direzionale mostra un allineamento direzionale dei pori con pori di forma irregolare a causa della crescita dendritica della caffeina.

Durante il congelamento, il campione ottenuto dalla tecnica di congelamento dinamico presenta pori quasi sferici con distribuzione casuale; la forma dei pori diventa schiacciata all'aumentare del grado di densificazione e i pori scompaiono quasi del tutto alla massima densificazione poiché i pori adiacenti entrano in contatto reciproco. Quattro campioni con porosità variabili mostrano altezze iniziali diverse prima della densificazione e altezze quasi identiche dopo la densificazione. Sia le ammaccature che il titanio poroso hanno mostrato un rapido rilascio di GFP, caratterizzato da un effetto iniziale di brusca liberazione, con la maggior parte del materiale rilasciato entro una settimana.

Il titanio poroso densificato mostra un rilascio continuo fino a un mese, mostrando chiaramente la GFP sulla superficie anche dopo un mese. Per l'impalcatura con un nucleo più denso, la parte esterna è stata accorciata mediante lavorazione meccanica. L'immagine di micro-TC dopo la densificazione selettiva della parte interna superiore mostra le parti interna ed esterna dell'impalcatura con porosità diverse: il titanio poroso con parti esterne più alte e interne più basse porta a una parte esterna più densa dopo la densificazione, nella quale la porosità della parte esterna è ridotta mentre la parte interna mantiene la porosità iniziale una volta ottimizzato.

Questa tecnica può essere eseguita in 72 ore se viene effettuata correttamente dopo uno sviluppo. Questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo dei biomateriali per esplorare la fattibilità di fabbricare una metodologia con proprietà meccaniche di turnover e farmaci correlati per il trattamento delle lesioni spinali. Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla terapia delle lesioni spinali poiché l'impalcatura prodotta può agire come sostituto artificiale del disco con somministrazione di farmaci.