Name: Fabricage van mechanisch afstembare en bioactieve Metal Steigers voor biomedische toepassingen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-08T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 56 s
Description: Leer de fabricage van mechanisch afstembare en bioactieve metalen steigers voor biomedische toepassingen. Deze methode combineert dynamisch vriesgieten met densificatie voor poröse titaniumstructuren met drugafgifte.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit onderzoek werd ondersteund door het Technology Innovation Program (Contract grant nr. 0037915, WPM Biomedical Materials-Implant Materialen) en het Industrial Strategic Technology Development Program (Contract grant nr. 10045329, Ontwikkeling van aangepaste implantaten met poreuze structuur voor botvervanging), gefinancierd door het Ministry of Trade, Industry & Energy (MI, Korea), en BK21 PLUS SNU Materials Division voor het opleiden van creatieve wereldwijde leiders (Contract grant nr. 21A20131912052).

1. Fabricage van poreus metaal Scaffolds <ol><li> Bereid Ti-camfeen slurries door mengen commercieel verkrijgbaar Ti poeder, kamfeen en KD-4 na afweging van de geschikte hoeveelheden van materialen zoals beschreven in tabel 1 van poreuze Ti steigers met vier initiële porositeiten (40, 50, 60 en 70). Giet de slurries in 500 ml polyethyleen (PE) flessen en draai de flessen bij 55 ° C gedurende 30 min in een kogelmolen oven bij 30 rpm. </li><li> Giet de slurries van PE flessen tot cilindrische aluminium (Al) vormen met een diameter van 60 mm en een hoogte van 60 mm. Seal elk Al mal met de corresponderende Al dekglas en draai de mallen in een kogelmolen oven met een snelheid van 30 rpm bij 55 ° C gedurende 10 min. <ol><li> Vervolgens verminderen de temperatuur van de kogelmolen oven tot 44 ° C en continu roteren van de mallen met een snelheid van 30 rpm bij een constante temperatuur van 44 ° C gedurende 12 uur. </li></ol></li><li> Haal de mal van de bal-mill oven na bovendien roteren van de schimmels bij kamertemperatuur 1 uur voor het koelproces. Verwijder de gestolde titaan / kamfeen groene lichaam van Al mal met behulp van een Al zuiger. </li><li> Plaats de gestolde titaan / kamfeen groene lichaam in een rubberen zak met de hand en volledig sluit de rubber zak door koppelverkoop de mond van de zak met een string. Plaats de rubberen zak in het waterreservoir van een koud isostatisch persen (CIP) machine en een isostatische druk van 200 MPa aanvragen 10 min. Verwijder de gecomprimeerde groene lichaam uit de rubber zak. </li><li> Breng de Ti-kamfeen groene lichaam op een alumina smeltkroes met de hand en plaats de smeltkroes in de vriesdroger machine. Vriesdrogen de groenling het camfeen fase sublimeren in de groenling bij - 40 ° C gedurende 24 uur. </li><li> Vervolgens sluit de kroes met een aluminiumoxide dekglas en plaats de gesloten kroes in een vacuum oven (beneden 10 -6 Torr) bij RT. Vervolgens verhoging van de temperatuur van de oven tot 1300 ° C bij een verwarmingssnelheid raten van 5 ° C / min en houd de temperatuur bij 1300 ° C gedurende 2 uur. </li><li> Na de warmtebehandeling, houdt de gesinterde poreuze Ti in de oven voor 6-7 uur totdat de oven volledig is afgekoeld tot kamertemperatuur. Opmerking: Bij 6 uur van het koelproces, de gemiddelde afkoelsnelheid van de oven boven 400 ° C ~ 15 ° C / min en de gemiddelde afkoelsnelheid van de oven onder 400 ° C ~ 2 ° C / min. </li><li> Eventueel snijden het blok gesinterde poreuze Ti tot schijfvormige monsters met een diameter van 16 mm door middel van elektrische ontlading (EDM). 27 Opmerking: Afhankelijk van de grootte van de Al matrijzen, de grootte van het gesinterde poreuze Ti moet worden gewijzigd door het bewerkingsproces (Figuur 2A). </li><li> Plaats een glazen beker met poreuze Ti monsters in een autoclaaf en steriliseer de monsters bij 121 ° C gedurende 15 min. Verwijder de monsters uit de autoclaaf. Was de poreuze Ti monsters met gedestilleerd water twee keer en vervolgens met 70% ethanol tweemaal.Tot slot laat de poreuze Ti in een petrischaal en lucht-drogen van de monsters bij kamertemperatuur op een schone bank onder UV-licht. </li></ol> 2. Dip Coating van Steigers met bioactieve stoffen <ol><li> Verdun de commerciële Groene Fluorescentie Eiwit (GFP) van 1 mg / ml tot 100 ug / ml in een schone werkbank door het mengen van 1 ml van GFP met 9 ml Dulbecco&#39;s fosfaat gebufferde zoutoplossing (DPBS, pH 7,4) oplossing in een 10 ml gesteriliseerd polystyreen (PS) buis zoals aangegeven in tabel 1. </li><li> Dompel het gesteriliseerde dicht of poreus Ti in 10 ml verdunde GFP-oplossing (100 ug / ml) door het plaatsen van het Ti monsters in de PS buis met de GFP-oplossing bij kamertemperatuur en het op een schone werkbank. </li><li> Plaats de PS buis in een vacuümexsiccator en evacueren exsiccator gedurende 10 min te zorgen GFP oplossing dringt door de poriën van het poreuze Ti effectiever. </li><li> Verwijder de poreuze titaan van de PS buis met behulp van een pincet. Plaats het GFP-beklede poreuze Ti in een 10 cm diameter Petri gerecht en de lucht drogen O / N bij kamertemperatuur op een schone bank. </li><li> Spoel de poreuze Ti tweemaal met 10 ml Dulbecco&#39;s fosfaat gebufferde zoutoplossing (DPBS) in een bekerglas en zet de poreuze Ti in een 10 cm diameter petrischaal met een pincet en de lucht drogen bij kamertemperatuur op een schone bank. </li></ol> 3. verdichting van poreuze steigers <ol><li> Plaats het GFP-beklede poreuze Ti monsters met verschillende hoogtes in een cilindrische stalen matrijs, en plaatst een aantal stempels in de bovenste en onderste gaten van de stalen matrijs (Figuur 3A). </li><li> Druk de poreuze Ti in de stalen matrijs samenstel bij kamertemperatuur in de z-richting van het monster (Figuur 3A) met een persmachine bij tussenliggende vervormingssnelheden van 0,05 ~ 0,1 sec -1 tegen de vooraf bepaalde toegepaste stammen weergegeven in tabel 2. Houd de druk gedurende 1 min voor het lossen. </li><li> Verwijder de verdichte Ti monsters van de stalen matrijs. Was de verdichte monsters tweemaal met 10 ml van DPBSin een beker en de lucht drogen O / N bij kamertemperatuur op een schone bank. </li></ol> 4. Laat Test van GFP-gecoate steigers <ol><li> Dompel drie typen monsters (GFP-beklede dichte Ti (na stap 2), GFP-gecoate poreuze Ti (na stap 1 en 2) en GFP-beklede verdichte poreuze Ti (na stap 1-3)) in 5 ml DPBS (pH 7,4) oplossing in een 10 ml gesteriliseerd PS buis bij 37 ° C op een schone werkbank. </li><li> Zuig alle DPBS oplossing uit elke PS buis met de GFP beklede monster en vullen met een nieuwe 5 ml DPBS (pH 7,4) met een pipet volgens de vooraf bepaalde tijd van 1, 2, 3, 5, 8, 12, 15, 22 en 29 dagen na onderdompeling. </li><li> Neem de fluorescentiebeelden van het GFP-beklede monsters voor de onderdompeling (dag 0) en na 22 dagen onderdompeling met behulp van confocale laser scanning spectroscopie (CLSM). </li><li> Meet het fluorescentiesignaal intensiteit van de afgegeven GFP in 1 ml oplossing uit een totaal van 5 ml DPBS oplossing Van iedere PS buis in rubriek 4,2 behulpUV-spectroscopie bij een golflengte van 215 nm. Zet de intensiteitswaarde in de concentratie van het GFP-oplossing met de standaard curve. Opmerking: Voor de meting, trek de standaardcurve van GFP oplossing door meting van het fluorescentiesignaal intensiteit van het GFP-oplossing in het concentratiebereik van 0 ng / ml - 10 ug / ml. </li></ol> 5. Fabricage van Graded poreuze Ti Steigers <ol><li> Produceren een blok van de gesinterde poreuze Ti door het herhalen van stap 1,1 tot 1,7 stap. </li><li> Machine het gesinterde poreuze Ti blok overeenkomstig de vooraf bepaalde structuur ontwerpen (bijvoorbeeld figuur 5a en 5d) van EDM. </li><li> Plaats de bewerkte Ti monsters met een hoogte verdeling in een stalen matrijs indien de diameter van poreuze Ti ~ 0,1 mm kleiner dan de diameter van de matrijs en plaats een aantal stempels in de bovenste en onderste gaten van de stalen matrijs. </li><li> Voer stap 3.2 en 3.3. </li></ol> 6. porositeit Measurement van Ti Scaffolds <ol><li> Meet de massa (m s) van Ti steigers. </li><li> Bereken de schijnbare volume (Vs) van lengtemeting, breedte en hoogte van Ti steigers. </li><li> Bereken de porositeit met de volgende formule: <img alt="Vergelijking 1" src="/files/ftp_upload/53279/53279eq1.jpg" /> waarbij P de totale porositeit percentage ρ Ti is de theoretische dichtheid van het titaan en m S / V S de gemeten dichtheid van het monster. Opmerking: De porositeit van Ti monsters direct opgehaald uit microCT beelden na microCT beeldvorming wordt uitgevoerd met een micro-computed tomography scanner. </li></ol>

<ol><li>Long, M., Rack, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Titanium+alloys+in+total+joint+replacement-a+materials+science+perspective%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Titanium alloys in total joint replacement-a materials science perspective.</a> Biomaterials. 19 (18), 1621-1639 (1998).</li>
<li>Niinomi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+metallic+materials+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Metall.+Mater.+Trans.+A%22%5BJournal%5D)">Recent metallic materials for biomedical applications.</a> Metall. Mater. Trans. A. 33 (3), 477-486 (2002).</li>
<li>Frosch, K. H., Stürmer, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metallic+biomaterials+in+skeletal+repair%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Trauma%22%5BJournal%5D)">Metallic biomaterials in skeletal repair.</a> Eur. J. Trauma. 32 (2), 149-159 (2006).</li>
<li>Huiskes, R., Weinans, H., Van Rietbergen, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+relationship+between+stress+shielding+and+bone+resorption+around+total+hip+stems+and+the+effects+of+flexible+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Orthop.+Relat.+Res%22%5BJournal%5D)">The relationship between stress shielding and bone resorption around total hip stems and the effects of flexible materials.</a> Clin. Orthop. Relat. Res. 274, 124-134 (1992).</li>
<li>Kanayama, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+biomechanical+investigation+of+the+stability+and+stress-shielding+effect+of+lumbar+interbody+fusion+devices%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosurg.+Spine%22%5BJournal%5D)">In vitro biomechanical investigation of the stability and stress-shielding effect of lumbar interbody fusion devices.</a> J. Neurosurg. Spine. 93 (2), 259-265 (2000).</li>
<li>Jung, H. -D., Kim, H. -E., Koh, Y. -H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Production+and+evaluation+of+porous+titanium+scaffolds+with+3-dimensional+periodic+macrochannels+coated+with+microporous+TiO2%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Production and evaluation of porous titanium scaffolds with 3-dimensional periodic macrochannels coated with microporous TiO2.</a> 135, 897-902 (2012).</li>
<li>Jones, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+bone+ingrowth+into+porous+biomaterials+using+MICRO-CT%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Assessment of bone ingrowth into porous biomaterials using MICRO-CT.</a> Biomaterials. 28 (15), 2491-2504 (2007).</li>
<li>Li, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bone+ingrowth+in+porous+titanium+implants+produced+by+3D+fiber+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Bone ingrowth in porous titanium implants produced by 3D fiber deposition.</a> Biomaterials. 28 (18), 2810-2820 (2007).</li>
<li>Ahn, M. -K., Jo, I. -H., Koh, Y. -H., Kim, H. -E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Production+of+highly+porous+titanium+%28Ti%29+scaffolds+by+vacuum-assisted+foaming+of+titanium+hydride+%28TiH2%29+suspension%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Lett%22%5BJournal%5D)">Production of highly porous titanium (Ti) scaffolds by vacuum-assisted foaming of titanium hydride (TiH2) suspension.</a> Mater. Lett. 120 (1), 228-231 (2014).</li>
<li>Baas, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+pretreating+morselized+allograft+bone+with+rhBMP-2+and%2For+pamidronate+on+the+fixation+of+porous+Ti+and+HA-coated+implants%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">The effect of pretreating morselized allograft bone with rhBMP-2 and/or pamidronate on the fixation of porous Ti and HA-coated implants.</a> Biomaterials. 29 (19), 2915-2922 (2008).</li>
<li>Peng, L., Bian, W. -G., Liang, F. -H., Xu, H. -Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implanting+hydroxyapatite-coated+porous+titanium+with+bone+morphogenetic+protein-2+and+hyaluronic+acid+into+distal+femoral+metaphysis+of+rabbits%5BTitle%5D)+AND+%22Chin.+J.+Traumatol.+%28English+Edition%29%22%5BJournal%5D)">Implanting hydroxyapatite-coated porous titanium with bone morphogenetic protein-2 and hyaluronic acid into distal femoral metaphysis of rabbits.</a> Chin. J. Traumatol. (English Edition). 11 (3), 179-185 (2008).</li>
<li>Reiner, T., Kababya, S., Gotman, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protein+incorporation+within+Ti+scaffold+for+bone+ingrowth+using+Sol-gel+SiO2+as+a+slow+release+carrier%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Sci.+-+Mater.+Med%22%5BJournal%5D)">Protein incorporation within Ti scaffold for bone ingrowth using Sol-gel SiO2 as a slow release carrier.</a> J. Mater. Sci. - Mater. Med. 19, 583-589 (2008).</li>
<li>Lee, J. H., Kim, H. E., Shin, K. H., Koh, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+the+strength+and+biocompatibility+of+porous+titanium+scaffolds+by+creating+elongated+pores+coated+with+a+bioactive%2C+nanoporous+TiO2+layer%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Lett%22%5BJournal%5D)">Improving the strength and biocompatibility of porous titanium scaffolds by creating elongated pores coated with a bioactive, nanoporous TiO2 layer.</a> Mater. Lett. 64, 2526-2529 (2010).</li>
<li>Li, J. C., Dunand, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+properties+of+directionally+freeze-cast+titanium+foams%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Mater%22%5BJournal%5D)">Mechanical properties of directionally freeze-cast titanium foams.</a> Acta Mater. 59 (1), 146-158 (2011).</li>
<li>Chino, Y., Dunand, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directionally+freeze-cast+titanium+foam+with+aligned%2C+elongated+pores%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Mater%22%5BJournal%5D)">Directionally freeze-cast titanium foam with aligned, elongated pores.</a> Acta Mater. 56 (1), 105-113 (2008).</li>
<li>Kim, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+porous+titanium+scaffold+with+controlled+porous+structure+and+net-shape+using+magnesium+as+spacer%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Sci.+Eng.+C%22%5BJournal%5D)">Fabrication of porous titanium scaffold with controlled porous structure and net-shape using magnesium as spacer.</a> Mater. Sci. Eng. C. 33 (5), 2808-2815 (2013).</li>
<li>Brentel, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Histomorphometric+analysis+of+pure+titanium+implants+with+porous+surface+versus+rough+surface%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Oral+Sci%22%5BJournal%5D)">Histomorphometric analysis of pure titanium implants with porous surface versus rough surface.</a> J. Appl. Oral Sci. 14 (3), 213-218 (2006).</li>
<li>Buser, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+surface+characteristics+on+bone+integration+of+titanium+implants.+A+histomorphometric+study+in+miniature+pigs%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Mater.+Res%22%5BJournal%5D)">Influence of surface characteristics on bone integration of titanium implants. A histomorphometric study in miniature pigs.</a> J. Biomed. Mater. Res. 25 (7), 889-902 (1991).</li>
<li>Cochran, D., Schenk, R., Lussi, A., Higginbottom, F., Buser, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bone+response+to+unloaded+and+loaded+titanium+implants+with+a+sandblasted+and+acid-etched+surface%3A+a+histometric+study+in+the+canine+mandible%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Mater.+Res%22%5BJournal%5D)">Bone response to unloaded and loaded titanium implants with a sandblasted and acid-etched surface: a histometric study in the canine mandible.</a> J. Biomed. Mater. Res. 40 (1), 1-11 (1998).</li>
<li>Young, D. R., Robb, R. A., Rock, M. G., Chao, E. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+periprosthetic+tissue+formation+around+a+porous+titanium+endoprosthesis+using+CT-based+spatial+reconstruction%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Comput.+Assist.+Tomo%22%5BJournal%5D)">Analysis of periprosthetic tissue formation around a porous titanium endoprosthesis using CT-based spatial reconstruction.</a> J. Comput. Assist. Tomo. 18 (3), 461-468 (1994).</li>
<li>Spoerke, E. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+bioactive+titanium+foam+scaffold+for+bone+repair%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">A bioactive titanium foam scaffold for bone repair.</a> Acta Biomater. 1 (5), 523-533 (2005).</li>
<li>Jung, H. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+aligned+porous+Ti+scaffold+coated+with+bone+morphogenetic+protein-loaded+silica%2Fchitosan+hybrid+for+enhanced+bone+regeneration%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Mater.+Res.+Part+B+Appl.+Biomater%22%5BJournal%5D)">Highly aligned porous Ti scaffold coated with bone morphogenetic protein-loaded silica/chitosan hybrid for enhanced bone regeneration.</a> J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 102 (5), 913-921 (2013).</li>
<li>Ryan, G. E., Pandit, A. S., Apatsidis, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Porous+titanium+scaffolds+fabricated+using+a+rapid+prototyping+and+powder+metallurgy+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Porous titanium scaffolds fabricated using a rapid prototyping and powder metallurgy technique.</a> Biomaterials. 29 (27), 3625-3635 (2008).</li>
<li>Vasconcellos, L. M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Porous+titanium+scaffolds+produced+by+powder+metallurgy+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Res%22%5BJournal%5D)">Porous titanium scaffolds produced by powder metallurgy for biomedical applications.</a> Mater. Res. 11 (3), 275-280 (2008).</li>
<li>Jung, H. D., Yook, S. W., Kim, H. E., Koh, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+titanium+scaffolds+with+porosity+and+pore+size+gradients+by+sequential+freeze+casting%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Lett%22%5BJournal%5D)">Fabrication of titanium scaffolds with porosity and pore size gradients by sequential freeze casting.</a> Mater. Lett. 63 (17), 1545-1547 (2009).</li>
<li>Jung, H. -D., Jang, T. -S., Wang, L., Kim, H. -E., Koh, Y. -H., Song, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+strategy+for+mechanically+tunable+and+bioactive+metal+implants%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Novel strategy for mechanically tunable and bioactive metal implants.</a> Biomaterials. 37, 49-61 (2015).</li>
<li>Tarng, Y. S., Ma, S. C., Chung, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+optimal+cutting+parameters+in+wire+electrical+discharge+machining%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Mach.+Tools+Manufact%22%5BJournal%5D)">Determination of optimal cutting parameters in wire electrical discharge machining.</a> Int. J. Mach. Tools Manufact. 35 (12), 1693-1701 (1995).</li>
<li>Jung, H. -D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+Freeze+Casting+for+the+Production+of+Porous+Titanium+%28Ti%29+Scaffolds%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Sci.+Eng.+C%22%5BJournal%5D)">Dynamic Freeze Casting for the Production of Porous Titanium (Ti) Scaffolds.</a> Mater. Sci. Eng. C. 33 (1), 59-63 (2013).</li>
<li>Lee, J. -H., Kim, H. -E., Shin, K. -H., Koh, Y. -H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+the+strength+and+biocompatibility+of+porous+titanium+scaffolds+by+creating+elongated+pores+coated+with+a+bioactive%2C+nanoporous+TiO2%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Lett%22%5BJournal%5D)">Improving the strength and biocompatibility of porous titanium scaffolds by creating elongated pores coated with a bioactive, nanoporous TiO2.</a> Mater. Lett. 64 (22), 2526-2529 (2010).</li>
<li>Jung, H. -D., Yook, S. -W., Kim, H. -E., Koh, Y. -H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+titanium+scaffolds+with+porosity+and+pore+size+gradients+by+sequential+freeze+casting%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Lett%22%5BJournal%5D)">Fabrication of titanium scaffolds with porosity and pore size gradients by sequential freeze casting.</a> Mater. Lett. 63 (17), 1545-1547 (2009).</li>
<li>Yook, S. -W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reverse+freeze+casting%3A+A+new+method+for+fabricating+highly+porous+titanium+scaffolds+with+aligned+large+pores%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">Reverse freeze casting: A new method for fabricating highly porous titanium scaffolds with aligned large pores.</a> Acta Biomater. 8 (6), 2401-2410 (2012).</li>
<li>Yook, S. W., Yoon, B. H., Kim, H. E., Koh, Y. H., Kim, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Porous+titanium+%28Ti%29+scaffolds+by+freezing+TiH2%2Fcamphene+slurries%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Lett%22%5BJournal%5D)">Porous titanium (Ti) scaffolds by freezing TiH2/camphene slurries.</a> Mater. Lett. 62 (30), 4506-4508 (2008).</li>
<li>Yook, S. W., Kim, H. E., Koh, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+porous+titanium+scaffolds+with+high+compressive+strength+using+camphene-based+freeze+casting%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Lett%22%5BJournal%5D)">Fabrication of porous titanium scaffolds with high compressive strength using camphene-based freeze casting.</a> Mater. Lett. 63 (17), 1502-1504 (2009).</li>
</ol>

De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen hebben.

Terwijl BioMetal systemen zijn op grote schaal gebruikt voor biomedische toepassingen, met name als dragende materialen, hoge stijfheid en lage bioactiviteit van metalen werden beschouwd als belangrijke uitdagingen. In deze studie hebben we de fabricagemethode van een nieuwe metalen systeem, een verdichte poreuze metalen scaffold die biomimetische mechanische eigenschappen alsmede bioactieve oppervlak duurzaam gedrag release. De belangrijkste voordelen van onze fabricage werkwijze omvatten 1) geen verandering in de vori...

Terwijl metalen biomaterialen zijn op grote schaal gebruikt als dragende implantaten en interne fixatie inrichtingen vanwege hun uitstekende mechanische sterkte en veerkracht, 1-3 zij betrekking twee kritische problemen: 1) mechanische mismatch omdat metalen zijn veel stijver dan biologische weefsels, wat ongewenste schade de omringende weefsels en 2) lage bioactiviteit die vaak resulteert in een slechte koppeling met biologische weefsels, vaak veroorzakend reacties van het lichaam (bijvoorbeeld een ontsteking of trombose). hebben 4-6 poreus metallisch steigers voorgesteld om botingroei te bevorderen in de structuren, verbeteren . bot-implantaat contact terwijl de spanning afscherming effecten onderdrukt vanwege hun verminderde stijfheid 7-9 Voorts dient het metaal wijzigingen zijn aangebracht om de biologische activiteiten van metalen implantaten te verbeteren; dergelijke modificaties omvatten coating het metaaloppervlak met bioactieve moleculen (bijvoorbeeld groei facren) of drugs (bijvoorbeeld vancomycine, tetracycline). 12/10 echter problemen zoals verminderde mechanische eigenschappen van poreuze metalen steigers, verminderde stijfheid en de snelle afgifte van de bioactieve coating lagen onopgelost blijven. 13-16 In het bijzonder titaan (Ti) en Ti legeringen zijn een van de meest populaire BioMetal systemen vanwege hun uitstekende mechanische eigenschappen, chemische stabiliteit en goede biocompatibiliteit. 13,17-19 hun schuim-vormig aanvragen trok ook toenemende belangstelling omdat het 3D poreuze netwerken voor botingroei naast botachtige mechanische eigenschappen. 20-22 zijn pogingen gedaan om de mechanische eigenschappen te verbeteren door de ontwikkeling van nieuwe fabricagetechnieken zoals replicatie polymere spons, sinteren van metaaldeeltjes, Rapid Prototyping (RP) methode, en space houder methode om de verschillende functies van de poriën regelen (bijvoorbeeld poriën fractievorm, grootte, distributie en connectivity) en materiaaleigenschappen (bv metallische fase en onzuiverheid). 23-25 ​​Onlangs heeft de vries gieten van water gebaseerde metal drijfmest heeft opgedaan veel aandacht aan mechanisch versterkte Ti vormen met goed uitgelijnd poriën produceren structuren door gebruikmaking van de unidirectionele ijs dendriet groei tijdens het stollen; echter, zuurstof vervuiling door contact van metaalpoeders met water vereist speciale zorg aan de verbrossing van Ti scaffolds minimaliseren. 14,15 Daarom hebben we een nieuwe benadering fabriceren bioactieve en mechanisch afstembare poreuze Ti scaffolds ontwikkeld. 25 De steigers ligt aanvankelijk poreuze structuur met een porositeit van meer dan 50%. De gefabriceerde poreuze steigers werden bekleed met biologisch actieve moleculen en vervolgens gecomprimeerd met behulp van een mechanische pers waarin de uiteindelijke porositeit, mechanische eigenschappen en de geneesmiddelafgifte gedrag werden gecontroleerd door de toeed stam. De verdichte poreuze Ti implantaten aangetoond lage porositeit met goede sterkte ondanks de lage stijfheid vergelijkbaar met dat been (3-20 GPa). 2 vanwege de bekledingslaag, werd de biologische activiteit van de verdichte poreuze Ti aanzienlijk verbeterd. Bovendien, vanwege de unieke platte poriënstructuren geïnduceerd door de verdichtingswerkwijze, de beklede bioactieve moleculen werden gezien geleidelijk afgegeven uit het schavot behoud van hun werkzaamheid langdurig. In deze studie hebben we onze gevestigde methode verdichte poreuze Ti draagstructuren voor potentieel gebruik in biomedische toepassingen fabriceren geïntroduceerd. Het protocol bevat dynamische bevriezing gieten met metalen slurry en verdichting van poreuze steigers. Ten eerste, poreuze draagstructuren Ti goede vervormbaarheid de dynamische freeze gietmethode ingevoerd zoals getoond in figuur 1A fabriceren. Ti poeder werd verspreid in vloeibare kamfeen; Vervolgens, door het verlagen van de temperatuur,de vloeibare fase werd gestold, waardoor de fasescheiding tussen de Ti poeder netwerk en vaste camfeen kristallen. Vervolgens werd de gestolde Ti-camfeen groenling gesinterd waarin Ti poeders werden gecondenseerd met doorlopende Ti stutten en de camfeen fase werd volledig verwijderd om een ​​poreuze structuur te verkrijgen. De coating en verdichtingswerkwijze de verkregen poreuze draagstructuren werd toegepast, variëren van de mate van verdichting en beginporositeit. De bekledingslaag en afgiftegedrag gevisualiseerd en gekwantificeerd met het green fluorescent protein (GFP) gecoate poreuze Ti met en zonder verdichting in vergelijking met de GFP-beklede dichte Ti. Tenslotte functionele gradient Ti scaffolds die twee poreuze structuren voorgesteld en gedemonstreerd door het variëren van de mate van verdichting van de binnenste en buitenste delen van de poreuze steigers.

<table><tbody><tr><td>Titanium poeder</td><td>Alfa Aesar</td><td>#42624</td><td>-325 mesh, 99,5% (metaalbasis)</td></tr><tr><td>Camphene</td><td>SigmaAldrich</td><td>#456055</td><td>95%, C10H16</td></tr><tr><td>KD-4</td><td>Croda</td><td>&shy;</td><td>Hypermer, polimeren dispersant</td></tr><tr><td>Fosfaatbufferoplossing (PBS)</td><td>Welgene</td><td>ML 008-01</td><td>&shy;</td></tr><tr><td>Groen fluorescerend eiwit (GFP)</td><td>Genoss Co.</td><td>-</td><td>>98% zuiverheid, 1 mg/ml</td></tr><tr><td>Balmolen oven</td><td>SAMHENUG ENERGY</td><td>SH-BDO150</td><td>&shy;</td></tr><tr><td>Diepvriesdroger</td><td>Ilshin Lab.</td><td>PVTFD50A</td><td>&shy;</td></tr><tr><td>Koud isostatisch persen (CIP) machine</td><td>SONGWON SYSTEMS</td><td>CIP 42260</td><td>&shy;</td></tr><tr><td>Vacuumoven</td><td>JEONG MIN INDUSTRIAL</td><td>JM-HP20</td><td>&shy;</td></tr><tr><td>Elektrische laadmachine</td><td>FANUC robocut</td><td>0iB</td><td>Extern gebruik</td></tr><tr><td>Persmachine</td><td>CG&amp;S</td><td>AJP-200</td><td>&shy;</td></tr><tr><td>Confocale laserscanningspectroscopie (CLSM)</td><td>Olympus</td><td>FluoView FV1000</td><td>Extern gebruik</td></tr></tbody></table>

fabricage van mechanisch afstembare en bioactieve metal steigers voor biomedische toepassingen

Fabrication of Mechanically Tunable and Bioactive Metal Scaffolds for Biomedical Applications

Biometaalsystemen worden veel gebruikt voor biomedische toepassingen, met name als dragende materialen. Echter, grote uitdagingen zijn de hoge stijfheid en lage bioactiviteit van metalen. In dit onderzoek hebben we een nieuwe methode ontwikkeld voor het fabriceren van een nieuw type bioactief en mechanisch betrouwbaar poreus metalen schaalwerk - gedensifieerde poreuze Ti-schaalwerken. De methode bestaat uit twee fabricageprocessen, 1) de fabricage van poreuze Ti-schaalwerken door dynamisch freeze casting, en 2) het coaten en gedensificeren van de poreuze schaalwerken. De dynamische freeze casting-methode om poreuze Ti-schaalwerken te fabriceren, maakte de gedensificatie van poreuze schaalwerken mogelijk door chemische besmetting en structurele defecten te minimaliseren. Het gedensificatieproces is onderscheidend om drie redenen. Eerst, het gedensificatieproces is eenvoudig, omdat het alleen een controle van één parameter (graad van gedensificatie) vereist. Ten tweede, het is effectief, omdat het mechanische verbetering en duurzame afgifte van biomoleculen uit poreuze schaalwerken bereikt. Ten derde, het heeft brede toepassingen, omdat het ook toepasbaar is voor de fabricage van functioneel gegradeerde poreuze schaalwerken door ruimtelijk gevarieerde spanning tijdens gedensificatie.

Het fabricageproces gebruikt om poreuze draagstructuren Ti produceren is geïllustreerd in figuur 1A. Ti poeder wordt gehouden verspreid homogeen in kamfeen door continue rotatie van de container bij 44 ° C gedurende 12 uur en, terwijl de vloeibare kamfeen volledig is gestold, kan elke sedimenten van relatief zwaar Ti poeder worden geminimaliseerd. Als resultaat werd de homogene Ti-camfeen groenling geproduceerd volgens de dynamische freeze gietproces zoals getoond in figuur 1B,<...

Bioactieve en mechanisch betrouwbare metalen scaffolds zijn vervaardigd via een methode die uit twee processen bestaat, dynamisch vriesgieten voor de vervaardiging van poreus Ti, en het coaten en verdichten van de Ti-scaffolds. Het verdichtingsproces is eenvoudig, effectief en toepasbaar voor de vervaardiging van functioneel gegradeerde scaffolds.

Fabricage van mechanisch afstembare en bioactieve Metal Steigers voor biomedische toepassingen

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

Het algemene doel van deze procedure is het vervaardigen van mechanisch instelbare en bioactieve metalen scaffolds voor biomedische toepassingen. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in het veld van orthopedische implantaten, zoals de haalbaarheid van een mechanisch instelbare metalen scaffold die in staat is om geneesmiddelen af te leveren. Deze gentrificatiemethode is eenvoudig omdat er slechts één controlemechanisme nodig is.Parameters bereiken zowel mechanische verbetering als een duurzame afgifte van geneesmiddelen en maken de fabricage van functionele porieën mogelijk. Meng eerst de juiste hoeveelheden titaniumpoeder, cafeïne en KD four voor poreuze titaniumscaffolds met vier initiële porositeiten in polyethyleenflessen van 500 milliliter. Roteer de flessen in een kogelmolenoven met een snelheid van 30 RPM bij 55 °C gedurende 30 minuten. Giet de suspensies uit de polyethyleenflessen in cilindrische aluminiummallen met een diameter en hoogte van 60 millimeter.Nadat elke aluminium mal is afgesloten met een aluminium dekglas, worden de malen in een kogelmolenoven 10 minuten lang gedraaid met een snelheid van 30 RPM bij 55 °C. Verlaag vervolgens de temperat

fabrication-mechanically-tunable-bioactive-metal-scaffolds-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

We presenteren twee processen voor de microfabricage van poreuze polymeer chips voor drie-dimensionale celkweek. De eerste is hot embossing gecombineerd met een damp van oplosmiddelen lasproces. De tweede maakt gebruik van een recent ontwikkelde microthermoforming proces in combinatie met ion-Track technologie leidt tot een aanzienlijke vereenvoudiging van de productie.

Microfabricage van Chip-en kleinbedrijf Stellingen voor drie-dimensionale celkweek

In deze video laten we zien modificatie technieken voor poreuze metalen implantaten om hun functionaliteit te verbeteren en om celmigratie te controleren. Technieken omvatten de ontwikkeling van poriën verlopen naar cel beweging beheersen 3D en productie van basale membraan bootst naar cel beweging beheersen 2-D. Ook is een HPLC-methode voor toezicht integratie implantaten in vivo via analyse bloedeiwitten beschreven.

Multi-Scale modificatie van metalen implantaten Met Pore Verlopen, polyelektrolieten en hun indirecte monitoring<em&gt; In vivo</em

Mengen is een efficiënte benadering van biomaterialen met een breed scala van eigenschappen en gecombineerde functies te genereren. Door het voorspellen van de moleculaire interacties tussen de verschillende natuurlijke zijde proteïnen, kunnen nieuwe zijde-zijde eiwit legering platforms met instelbare mechanische veerkracht, elektrische reactie, optische transparantie, chemische verwerkbaarheid, biologische afbreekbaarheid, of thermische stabiliteit worden ontworpen.

Het ontwerpen van Silk-zijde Protein Alloy materialen voor biomedische toepassingen

Hier presenteren we een protocol om elektrogesponnen nanovezel steigers met gradated organisatie van vezels fabriceren en hun toepassingen verkennen in het reguleren van de cel morfologie / oriëntatie. Verlopen met betrekking tot fysische en chemische eigenschappen van de nanovezel scaffolds biedt een grote verscheidenheid aan toepassingen op biomedisch gebied.

Electrospun Nanovezel Steigers met gradaties in Fiber Organisatie

Scaffolds die passen in cranio-maxillofaciale (CMF) botdefecten terwijl ze osteoconductiviteit en bioactiviteit vertonen, zijn interessant. Dit protocol beschrijft de bereiding van een shape memory scaffold op basis van polycaprolacton diacyraat (PCL-DA) met behulp van een solvent-casting particulate-leaching (SCPL) methode, waarbij een gefuseerd zout template wordt gebruikt en toepassing van een bioactieve polydopamine coating.

Fabricage van een biologisch actief, PCL-based &quot;Self-fitting&quot; Shape Memory Polymer Steiger

Er is een innovatieve biofabricagetechniek ontwikkeld om driedimensionale constructies te engineeren die lijken op de architecturale kenmerken, componenten en mechanische eigenschappen van in vivo weefsel. Deze techniek beschikt over een nieuw ontwikkeld opofferbaar materiaal, BSA-rubber, dat gedetailleerde ruimtelijke kenmerken overdraagt en de in vivo architectuur van een grote verscheidenheid aan weefsels reproduceert.

Driedimensionale Biomimetic Technologie: Novel Biorubber Creëert Defined micro- en macro-schaal Architectures in Collageen Hydrogels

In dit werk werden poly(melkzuur)/polyethyleenglycol (PLA/PEG) scaffolds bereid door gebruik te maken van een combinatie van smeltmengen en selectieve uitloging. De hier besproken methode maakte het mogelijk om drie-laags scaffolds te ontwikkelen door zowel de porositeit als de poriëngrootte nauwkeurig te beheersen. De mechanische eigenschappen werden ook geëvalueerd in een fysiologische omgeving.

Een Facile en Eco-vriendelijke Route naar Poly (melkzuur) Steigers met Graded Pore Size Fabriceer

Dit protocol fungeert als een uitgebreide richtsnoer te fabriceren steigers via electrospinning met polymeer in een directe schrijven-modus smelt. Wij systematisch overzicht van het proces en de juiste parameterinstellingen definiëren voor het bereiken van gerichte steiger platforms.

Electrospinning schrijven van driedimensionale Poly(ε-caprolactone) steigers met controleerbare Morphologies voor Tissue Engineering toepassingen smelten

Decellularized kraakbeen afkomstige steigers kunnen worden gebruikt als een steiger aan gids kraakbeen reparatie en als een middel om te regenereren osteochondraal weefsel. Deze paper beschrijft het proces van de decellularization in detail en biedt suggesties voor deze steigers in in vitro-instellingen.

Fabricage van Decellularized kraakbeen afkomstige Matrix steigers

Dit protocol beschrijft de productie van polycaprolactone (PCL) gloeidraad met ingesloten polylactic acid (PLA) microsferen waarin decellularized matrices (DM) voor afdrukken in 3D van structurele weefsel engineering constructies.

Nieuwe proces voor afdrukken in 3D Decellularized Matrices

Plasmapolijsten is een veelbelovende oppervlaktebewerkingstechnologie, vooral geschikt voor het 3D-printen van poreuze werkstukken van titaniumlegeringen. Het kan semi-gesmolten poeders en ablatieve oxidelagen verwijderen, waardoor de oppervlakteruwheid effectief wordt verminderd en de oppervlaktekwaliteit wordt verbeterd.

Plasmapolijsten als een nieuwe polijstoptie om de oppervlakteruwheid van poreuze titaniumlegering voor 3D-printen te verminderen

Leer de fabricage van mechanisch afstembare en bioactieve metalen steigers voor biomedische toepassingen. Deze methode combineert dynamisch vriesgieten met densificatie voor poröse titaniumstructuren met drugafgifte.

Fabricage van mechanisch afstembare en bioactieve Metal Steigers voor biomedische toepassingen

Meer video's verkennen