바이오 메디컬 응용 프로그램을위한 기계적 조정 및 생리 활성 금속 비계의 제조

요약

생체 활성 및 기계적으로 신뢰할 수 있는 금속 골격은 다공성 Ti 제조를 위한 동적 동결 주조와 Ti 골격의 코팅 및 치밀화의 두 가지 공정으로 구성된 방법을 통해 제작되었습니다. 밀집화 공정은 간단하고 효과적이며 기능적으로 등급이 매겨진 골격 제작에 적용할

수 있습니다.

초록

바이오메탈 시스템은 생체 의학 응용 분야, 특히 하중을 견디는 재료로 널리 사용되어 왔습니다. 그러나 주요 과제는 금속의 높은 강성과 낮은 생체 활성입니다. 이 연구에서는 새로운 유형의 생체 활성 및 기계적으로 신뢰할 수 있는 다공성 금속 골격 밀도 다공성 Ti 골격을 제조하기 위한 새로운 방법을 개발했습니다. 이 방법은 1) 동적 동결 주조에 의한 다공성 Ti 지지체 제작과 2) 다공성 지지체의 코팅 및 치밀화의 두 가지 제조 공정으로 구성됩니다. 다공성 Ti 스캐폴드를 제작하는 동적 동결 주조 방법은 화학적 오염 및 구조적 결함을 최소화하여 다공성 스캐폴드의 고밀도화를 가능하게 했습니다. 밀집화 과정은 세 가지 이유로 독특합니다. 첫째, 고밀도화 과정은 하나의 매개변수(고밀도화 정도)만 제어하면 되기 때문에 간단합니다. 둘째, 다공성 골격에서 생체 분자의 기계적 향상과 지속 가능한 방출을 달성하기 때문에 효과적입니다. 셋째, 밀집화 동안 공간적으로 다양한 변형률에 의해 기능적으로 등급이 매겨진 다공성 스캐폴드의 제작에도 적용할 수 있기 때문에 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.

서론

금속 생체 재료가 널리 때문에 우수한 기계적 강도 및 탄력성, ^1-3의로드 베어링 임플란트 및 내고정 장치로서 사용되었지만 그들은 두 가지 중요한 문제점을 포함한다 : 1) 기계적인 불일치 금속은 생물학적 조직보다 더 뻣뻣하기 때문에, 바람직하지 않은 손상을 야기 자주 이물 반응 (예, 염증이나 혈전)을 자극하는 주변 조직과 자주 생물학적 조직과 가난한 인터페이스를 초래 2) 낮은 생체 활성에. ^4-6 다공성 금속 지지체는 개선, 구조에 뼈 안쪽으로의 성장을 촉진하기 위해 제안되었다 . 응력 차폐 효과 때문에 감소 된 강성을 억제하는 동안 뼈 임플란트 접촉 ^7-9 또한, 각종 표면 변형은 금속 임플란트의 생물학적 활성을 향상시키기 위해 적용되었다; 이러한 변형은 코팅에게 생체 활성 분자 (예, 성장 FAC으로 금속 표면을 포함TORS) 또는 약물 (예를 들어, 반코마이신, 테트라 사이클린). ^10-12 그러나, 상기 다공성 금속 지지체의 기계적 물성 저하 등의 문제는, 강성과 생활 성 코팅층의 빠른 방출 풀리지 감소. ^13-16

특히, 티타늄 (Ti)과 티타늄 합금은 그들의 우수한 기계적 특성,....

프로토콜

다공성 금속 비계의 1. 제작

1. 네 초기 공극률 (40, 50, 60, 70)과 다공성 티타늄 지지체는 표 1에 기재된 바와 같이 재료의 적절한 양을 계량 한 후에 시판의 Ti 분말, 캄펜, 및 KD-4를 혼합하여 티타늄 - 캄펜 슬러리를 준비한다. 500 ml의 폴리에틸렌 (PE) 병에 슬러리를 붓고 30 rpm에서 볼 - 밀 오븐에서 30 분 동안 55 ℃에서 병을 돌립니다.
2. 원통형 알루미늄 (Al)으로 60mm의 직경과 60mm의 높이를 가진 몰드에 PE 병에서 슬러리를 붓는다. 해당 알루미늄 커버 슬립 각 알루미늄 금형을 밀봉하고 10 분 동안 55 ℃에서 30 rpm의 속도로 볼 밀 오븐에서 금형을 회전 할 수 있습니다.
   1. 이어서, 44 ℃로 볼밀 오븐의 온도를 감소시키고, 12 시간 동안 지속적으로 44 ° C의 일정 온도에서 30 rpm의 속도로 회전 금형.
3. 공 -에서 금형을 꺼내밀 오븐 후 별도로 냉각 공정을 1 시간 동안 RT에서 금형을 회전. 알 플런저를 사용하여 알 금형에서 응고 티타늄 / 캄펜 녹색 몸을 제거합니다.
4. 손으로 고무 가방에 응고 티타늄 / 캄펜 녹색 몸을 놓고 완전히 끈으로 가방의 입구를 묶는하여 고무 백을 봉인. 냉간 정수....

결과

티 다공성 지지체를 제조하는 데 사용되는 제조 공정은도 1a에 도시되어있다. TI 분말 캄펜 액체가 완전히 고화되는 동안 상대적으로 무거운 티타늄 분말 중 어느 퇴적물을 최소화 할 수 있으며, 12 시간 동안 44 ℃에서 용기의 회전에 의해 연속 캄펜에 균일하게 분산 및 유지된다. 된 3 차원 적 상호 큰 캄펜 기공은 티타늄 분체 상 (도 1C)에 의해 둘러싸여 있으며,도 1b에 도시 된 바와 같이 결과적으로, 균질의 Ti-캄펜 성형체는 동적 동결 주조 공정을 사용하여 제조 하였다. 그러나, 컨테이너의 잘못된 회전은 종종 녹색 몸에 Ti 및 캄펜 단계의 균일 분포, 왜곡의 원인 또는 열처리 다음과 같은 다공성 지지체의 균열을 초래한다. 회전 속도의 최적의 상태는 대부분의 경우에 균질 성형체를 제조 할 수 있었다 (30) RPM,이었다. 전 진행열처리로 보내고, 캄펜의 광범위한 성장은도 1C에 도시 된 바와 .......

토론

바이오 시스템들은 생물 의학적 용도로 사용되었지만, 특히 부하 - 함유 물질, 높은 강성과 낮은 생체 활성 금속의 주요 과제로 간주되어왔다. 본 연구에서, 우리는 새로운 메탈 시스템, 생체 모방 기계적 특성뿐만 아니라 지속 방출 거동과 생리 활성 표면을 가지는 조밀화 된 다공성 금속 지지체의 제조 방법을 확립. 우리의 제조 방법의 주요한 장점은 1) 이미 개발 이전 동적 동결 주조법에 변화, 등 ⁽²⁸⁾ 2) 중 하나의 파라미터도 제어 기계적 향상 및 다공성 생체 분자의 지속 방출 거동을 양립 치밀화 간 금속 지지체 3) 잠재적 인 응용 프로그램은 기능적으로 자료를 등급입니다.

조밀화 된 다공성 금속을 제조하기 위해 필요한 중요한 단계 중 하나는 두 가지 중요한 featu 보유 다공성 티타늄의 제조이다입술 : 1) 연성 생체 활성 분자와 기계적 성질의 방출 속도를 제어하는​​ 2) 높은 기공 상호로드 및 생체 분자를 방출. 그러나, 이전에 한정된 세공 상호.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
티타늄 분말	Alfa Aesar	#42624-325	mesh, 99.5% (금속 기준)
Camphene	SigmaAldrich	#	456055 95%, C10H16
KD-4	Croda	­	Hypermer, 고분자 분산제
인산염 완충 용액 (PBS)	Welgene	ML 008-01	­
녹색 형광 단백질(GFP)	Genoss Co.	-	>98% 순도, 1 mg/ml
볼 밀 오븐	SAMHENUG ENERGY	SH-BDO150	­
동결건조기	Ilshin Lab.	PVTFD50A	&수줍음;
냉간 등압 프레스(CIP) 기계	SONGWON SYSTEMS	CIP 42260	­
진공 용광로	JEONG MIN INDUSTRIAL	JM-HP20	­
electical chaege 기계	FANUC robocut	0iB	외부 사용
프레스 기계	CG& S	AJP-200	&샤이;
컨포칼 레이저 스캐닝 분광법(CLSM)	Olympus	FluoView FV1000	External use