February 10th, 2014
후보 임플란트 표면에 테스트 뼈 고정 장치를 기계적으로하는 개선 된 방법이 제공됩니다. 이 방법은 정확하게 수직 또는 병렬, 임플란트 표면의 평면에 중단 힘의 정렬이 가능하고, 정확한 임플란트 지역으로 중단 힘을 지시하는 정확한 방법을 제공합니다.
이 절차의 전반적인 목표는 후보 임플란트 표면에 새로 형성된 회복 뼈의 고정과 안정성을 평가하는 것입니다. 이것은 먼저 두 그룹의 맞춤형 티타늄 임플란트를 만들어 수행됩니다. 첫 번째 그룹은 기본 마이크로 지형을 생성하기 위해 표준 그릿 블라스트 처리로 처리되었고, 두 번째 그룹은 동일한 그릿 블라스팅 처리와 중첩된 인산칼슘 나노 결정으로 처리되었습니다.
두 번째 단계는 9일 동안 수컷 위스타쥐의 원위대퇴골에 임플란트를 삽입하는 것이며, 이 시점에서 펨을 채취합니다. 다음으로, 펨을 세척하고 주변 뼈를 임플란트 너비에 맞게 트리밍한 후 임플란트 양쪽에 피질 아치가 있는 기계적 테스트 표본을 남깁니다. 마지막 단계는 0.5mm의 임플란트 주위 뼈를 분리하는 맞춤형 분리형 금형을 사용하여 시험 시편을 유동 가능한 치과 복합재에 넣고 시편에 대한 기계적 테스트를 수행하는 것입니다.
궁극적으로, 기계적 검사 결과는 후보 임플란트 표면이 새로 형성된 회복 뼈의 고정 표면 역할을 하는 능력에 대한 평가를 제공합니다. 이 방법은 나노미터 규모의 뼈 결합에서 코스 미크론 규모의 뼈 성장에 이르기까지 뼈 고정의 다양한 메커니즘에 대한 임플란트 표면 지형의 다양한 규모 범위의 중요성을 입증하는 데 사용할 수 있습니다. 이 기술은 새로 형성된 회복골에 대한 고정 표면과 같은 후보 표면 설계의 효과를 측정하는 데 특히 적합합니다.
기계적 테스트 영역을 임플란트 표면의 50mm 이내로 제한하기 때문입니다. 이 방법은 임플란트 표면 설계의 기능으로서 뼈 형성에 미치는 영향에 대한 통찰력을 제공할 수 있으며 다른 금속, 세라믹 및 고분자 임플란트 재료에도 적용할 수 있습니다. 이 절차를 시작하려면 상업적으로 순수한 티타늄으로 직사각형 모양의 티타늄 임플란트를 제작한 다음 장축 중앙에 구멍을 뚫고 함께 제공되는 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 이식을 위한 표면을 준비하고, 부분 무작위화에 의해 왼쪽 대퇴골에 하나, 오른쪽에 하나씩 임플란트를 할당합니다.
이를 통해 각 임플란트 유형 중 하나가 동일한 동물에 도달하고 통계 분석을 최적화할 수 있습니다. 모든 동물 절차와 마찬가지로 이 절차에 대한 실험을 시작하기 전에 지역 동물 관리 위원회의 프로토콜 승인을 받으십시오. 수술 시 체중이 200g에서 250g 사이인 어린 위스타 쥐를 구하십시오.
유도를 위해 흡입 마취를 사용하여 한 번에 한 마리의 쥐를 진정시킵니다. 분당 1리터의 유속으로 산소에 4%의 불소를 투여합니다. 그런 다음 분당 1리터의 아산화질소와 분당 0.6리터의 산소를 혼합하여 2%의 불소를 사용합니다.
진정 상태를 유지하려면 절차를 계속하기 전에 효과적인 진정을 보장하기 위해 표준 발가락 꼬집음 테스트를 수행하십시오. 완전히 진정되면 양쪽 눈에 인공 눈물 연고를 바르고 부프레노르핀 1kg당 0.01-0.05mg의 피하 주사를 통해 수술 전 진통제를 투여합니다. 다음으로, 각 뒷다리의 전외측을 면도한 다음 10% 베타딘과 70% 에탄올을 3회 번갈아 가며 수술 부위를 소독합니다.
15번 수술용 메스를 사용하여 시술 중 저체온증을 방지하기 위해 쥐를 따뜻한 물 순환 패드에 올려 놓습니다. 피부를 통해 허벅지의 측면을 절개하여 근육을 노출시킵니다. 그런 다음 둔기 절개를 사용하여 원위 대퇴골을 노출시켜 최소 침습 방식으로 근육체를 편향시킵니다.
다음으로, 페로테 엘리베이터를 사용하여 대퇴골을 덮고 있는 골막의 얇은 층을 긁어내어 드릴링을 위해 피질 뼈를 완전히 노출시킵니다. 둔기 절제 또는 골막을 제거하는 동안 무릎 관절의 성장판이나 관절 연골이 손상되지 않도록 주의하십시오. 대퇴골을 세척하고 검사한 후에는 대퇴골을 측면으로 회전시켜 대퇴골 원위부의 앞쪽을 노출시킵니다.
또한 조직의 과열을 방지하기 위해 드릴링 중에 조직을 관개할 수 있는 멸균 식염수가 충분한지 확인하십시오.드릴링하기 전에 캘리퍼를 사용하여 대퇴골의 정중선을 따라 2.5mm 떨어진 두 개의 구멍 위치를 측정합니다. 그런 다음 1.3mm 치과 버를 치과 핸드피스에 부착하고 전방 피질을 통해 구멍을 뚫어 구멍을 만듭니다. 다음으로, 핸드피스에 1.3mm 치과 버를 꼬아 부착하고 대퇴골의 반대쪽 피질을 통해 구멍을 확장하여 이점 평행 구멍을 만듭니다.
마지막으로, 트위스트 버를 맞춤형 측면 절단 버로 전환하고 이를 사용하여 근위 원위 방향으로 구멍을 결합하여 임플란트 부위를 형성합니다. 결손이 완료되면 부착된 바늘을 사용하여 구멍을 통해 생분해성 봉합사를 통과시키고 대퇴 피질 바깥쪽으로 되돌립니다. 그런 다음 임플란트를 봉합사의 다른 쪽 끝에 끼우고 압력이 가해져야 하는 결함 부분으로 유도합니다.
대퇴골의 측면 주위에 봉합사를 묶어 수술 후 회복과 치유 초기 단계에서 임플란트 안정성을 제공합니다. 남은 봉합사를 사용하여 근육 조직을 봉합한 다음 수술용 스테이플을 사용하여 피부 조직을 안식시킵니다. 마지막으로, 피하 주사를 통해 수술 후 진통제를 투여합니다.
수술 부위에 감염 징후가 있는지 검사하고 매일 동물을 모니터링하십시오. 보행이 완전히 회복되지 않거나 희생 시 대퇴부 골절이 발견된 동물은 제외 희생 시 대퇴골을 분리하고 주변 연조직의 뼈를 청소합니다. 조직 수분을 유지하기 위해 즉시 15% 자당 완충 용액에 보관하십시오.
기계적 테스트를 준비하기 위해 식별 목적으로 측면 아치의 영구 마커에 얇은 검은색 선을 그립니다. 다음으로, 고속 시스템에 부착된 원통형 다이아몬드 버를 사용하여 뼈를 임플란트 너비로 자릅니다. 최종 테스트 표본은 임플란트의 각 면에 부착된 두 개의 뼈 아치로 구성됩니다.
모든 테스트를 위해 로드셀이 장착된 기계적 테스트 장치를 사용하고 작동 속도를 분당 30mm로 설정하십시오. 시편을 시험하기 위해 준비하거나 운송하는 동안 떨어지는 아치에 대해 테스트 값을 0뉴턴으로 할당합니다. 먼저 시편을 맞춤형 분리 금형에 넣고 금형의 뒤쪽에 안정화 플레이트를 배치하여 안정화합니다.
그런 다음 피질궁을 유동성 있는 치과 복합재로 둘러싸고 사파이어 플라즈마 아크 고강도 경화광을 사용하여 60초 동안 복합재를 경화합니다. 이 설계는 일관된 테스트를 위해 임플란트 주위 뼈의 0.5mm 영역을 격리할 수 있습니다. 경화 후 금형을 열고 경화된 시편 블록을 제거합니다.
다음으로, 테스트 표본의 조립식 복제품을 바이스에 고정하고 장치를 instron의 바닥에 중앙에 놓습니다. 그런 다음 샘플을 바이스 스레드, 임플란트를 통해 10파운드 나일론 낚싯줄에 배치하여 시스템에 고정하고 느슨한 끝을 움직이는 크로스 헤드에 부착합니다.일관성을 위해 항상 측면에 먼저 라벨을 붙이고 테스트하십시오. 다음으로, 고장날 때까지 이전과 같이 분당 30mm의 속도로 크로스 헤드를 샘플에서 멀리 이동합니다.
뼈가 임플란트 표면에서 멀어지면 내측궁에서 이 과정을 반복한 다음 해부 현미경을 사용하여 임플란트 표면을 관찰합니다. 여기에 표시된 것은 인산칼슘 나노 결정을 첨가하거나 첨가하지 않은 그릿 블라스팅 임플란트 표면의 SEM 이미지입니다. 변경한 nano 표면은 10, 000 x에 통제 표면과 유사하게 본다, 그러나 100, 000 x에 전망할 때, 칼슘 인산염 nano 결정에 의해 창조된 겹쳐진 nano 지형도는 확실히 명백하게 된다.
대표적인 강제 변위 곡선이 여기에 표시되어 있습니다. 빨간색 선은 미시적 지형학적으로 복잡한 표면을 나타내고, 검은색 선은 중첩된 인산칼슘 나노 결정이 있는 임플란트를 나타냅니다. 인산칼슘 서브미크론 지형적 특징이 추가된 표면은 수정되지 않은 미세 지형을 가진 표면보다 훨씬 더 높은 파단력을 가졌습니다.
기계적 검사 후 파괴면을 분석한 결과, 뼈가 유동 가능한 치과 복합재로 둘러싸인 골을 가진 사람의 92%가 대상 임플란트 부위 내에서 골절되었습니다. 이 절차를 시도하는 동안 테스트 표본을 포팅할 때 미니어처 크기와 무게로 인해 세심한 주의를 기울이는 것이 중요합니다. 정확하게 배치하기 어렵기 때문에 치과 복합재를 적용하기 전에 모든 것을 적절하게 정렬해야 합니다.
이 절차에 따라 주사 전자 현미경에서 후방 산란 전자 이미징과 같은 고급 이미징 방법을 수행하여 훨씬 더 높은 배율에서 뼈 임플란트 상호 작용에 대한 추가 질문에 답할 수 있습니다.
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이 연구는 임플란트 표면에 뼈 고정을 기계적으로 테스트하는 개선된 방법을 제시합니다. 이 방법은 파괴 힘을 정확하게 정렬할 수 있어 임플란트 주변 영역의 테스트 정확도를 향상시킵니다.
Accurate assessment of bone-implant anchorage is critical for de-risking orthopedic implant candidates during preclinical development. This method enables quantitative comparison of surface topographies across micro- and nano-scales, supporting mechanistic understanding of bone integration mechanisms. It provides reproducible disruption force measurements that inform go/no-go decisions for implant surface designs before costly in vivo studies.
The method fits within the discovery continuum from early biomaterial screening through lead identification to preclinical safety assessment, particularly for orthopedic implant surface optimization.