Fabricage van mechanisch afstembare en bioactieve Metal Steigers voor biomedische toepassingen

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 temperatuur van de kogelmolenoven naar 44 °C en draai de malen gedurende 12 uur continu met een snelheid van 30 RPM bij 44 °C. Nadat de malen één uur lang op kamertemperatuur zijn afgekoeld door rotatie, worden ze uit de kogelmolenoven gehaald.

Verwijder vervolgens het gestolde titanium-cafeïne-groenlichaam uit elke aluminium mal met behulp van een aluminium plunjer. Plaats daarna het gestolde titanium-cafeïne-groenlichaam in een rubberen zak en sluit de zak volledig af door deze met een touwtje dicht te knopen.

Plaats de rubberen zak in een watertank van een koude isostatische persmachine en breng een isostatische druk van 200 megapascals aan gedurende 10 minuten. Verwijder na het uitnemen van de rubberen zak uit de machine het gecomprimeerde groene lichaam uit de rubberen zak. Breng het titanium-cafeïne groene lichaam over naar een Illumina-kroes.

Plaats de smeltkroes in een vriesdroger en vriesdroog het groene lichaam om de cafeïnefase te sublimeren bij -40 °C gedurende 24 uur. Sluit de smeltkroes na het vriesdrogen af met een Illumina dekglasje. Plaats de gesloten smeltkroes in een vacuumoven bij kamertemperatuur.

Verhoog vervolgens de temperatuur van de oven naar 1300 °C met een opwarmingssnelheid van vijf °C per minuut. Luchtgedroogde ongebrande monsters zijn gewoonlijk zwak en kunnen bezwijken. Tijdens het hanteren is extra voorzichtigheid geboden.

Nadat de temperatuur twee uur lang op 1300 degrees Celsius is gehouden, blijft het gecentreerde poreuze titanium zes tot zeven uur in de oven tot de oven volledig is afgekoeld tot kamertemperatuur. Zodra de monsters uit de oven zijn gehaald, worden de monsters bewerkt tot kleinere specimen en worden de monsters overgebracht naar een glazen bekerglas. Plaats het bekerglas in een autoclaaf en steriliseer de monsters bij 121 degrees Celsius gedurende 15 minuten.

Wanneer dit voltooid is, worden de gesteriliseerde monsters tweemaal gewassen met gedestilleerd water en tweemaal met 70% ethanol. Plaats vervolgens het poreuze titanium in een Petrischaal en laat de monsters aan de lucht drogen bij kamertemperatuur onder UV-licht. Verdun op dit punt groen fluorescerend eiwit of GFP tot 100 µg/mL door één milliliter te mengen met negen milliliter ECCOs fosfaatgebufferde zoutoplossing. Dompel het poreuze titanium in een steriele polystyreenbuis van 50 milliliter onder in de verdunde GFP-oplossing bij kamertemperatuur.

Plaats de monster direct in een vacuüm-exsiccator en Trek de exsiccator 10 minuten lang vacuüm. Om ervoor te zorgen dat de GFP-oplossing de poriën van het poreuze titanium effectiever penetreert, wordt het glazen bekerglas uit de exsiccator verwijderd. Verwijder vervolgens het poreuze titanium met een pincet uit het glazen bekerglas.

Plaats het met GFP gecoate poreuze titanium in een Petrischaal met een diameter van 10 centimeter en laat dit gedurende de nacht aan de lucht drogen bij kamertemperatuur in een cleanbench; spoel het poreuze titanium de volgende dag tweemaal met 10 milliliter ECCOs fosfaatgebufferde zoutoplossing in een glazen bekerglas. Plaats het poreuze titanium vervolgens met een pincet in een Petrischaal met een diameter van 10 centimeter en laat dit gedurende de nacht aan de lucht drogen bij kamertemperatuur in een cleanbench. Plaats daarna de met GFP gecoate poreuze titaniummonsters met verschillende hoogtes in een cilindrische stalen matrijs en voeg een set ponsen in de bovenste en onderste openingen van de stalen matrijs in.

Comprimeer het poreuze titanium binnen de stalen matrise bij kamertemperatuur in de Z-richting van het monster. Gebruik hiervoor een persmachine bij tussenliggende vervormingssnelheden van 0,05 tot 0,1 s⁻¹ tegenover de vooraf bepaalde toegepaste vervormingen. Houd de druk gedurende één minuut vast.

Verwijder de matrijs uit de persmachine. Plaats de stalen ring over de bodem van het matrijslichaam en plaats de matrijs terug in de pers. Nadat de matrijs is omgekeerd, wordt er langzaam druk uitgeoefend totdat de zuiger de densified samples uit de D bore duwt, waarna de matrijs uit de pers wordt verwijderd.

Verwijder de gedensificeerde titaniummonsters uit de stalen matrijs. Was de gedensificeerde monsters ten slotte twee keer met 10 milliliters ECCOs fosfaatgebufferde zoutoplossing in een bekerglas en laat ze gedurende de nacht aan de lucht drogen bij kamertemperatuur in een cleanbench. De titanium poriestructuur uit conventioneel vriesgieten vertoont directionele porie-uitlijning met onregelmatig gevormde poriën als gevolg van de dendritische groei van cafeïne.

Tijdens het invriezen vertoont het monster uit dynamisch vriesgieten bijna sferische poriën met een willekeurige porieverdeling; de porievorm wordt platter naarmate de graad van verdichting toeneemt en poriën verdwijnen bijna volledig bij de hoogste verdichting omdat naburige poriën contact met elkaar maken. Vier monsters met variërende porositeiten vertonen verschillende beginhoogtes vóór de verdichting en bijna identieke hoogtes na de verdichting. Zowel de inkepingen als het poreuze titanium vertoonden een snel GFP-vrijgavegedrag met een initieel burst-effect, waarbij het grootste deel binnen één week werd vrijgegeven.

Verdicht poreus titanium vertoont een continue afgifte tot een maand, waarbij GFP op het oppervlak duidelijk zichtbaar blijft, zelfs na één maand. Voor het scaffold met een dichtere kern werd het buitenste gedeelte door middel van mechanische verspaning ingekort. De micro-CT-afbeelding na selectieve verdichting van het hogere binnendeel toont de binnen- en buitenste delen van het scaffold met verschillende porositeiten; poreus titanium met een hoger buitenste en lager binnendeel resulteert na verdichting in een dichter buitenste deel, waarbij de porositeit van het buitenste deel is verlaagd terwijl het binnendeel de oorspronkelijke porositeit behoudt zodra dit is beheerst.

Deze techniek kan in 72 uur worden voltooid indien deze correct wordt uitgevoerd na een ontwikkeling. Deze techniek heeft de weg vrijgemaakt voor onderzoekers op het gebied van biomaterialen om de haalbaarheid van het vervaardigen van meta-metallurgie te verkennen met mechanische eigenschappen die kunnen worden aangepast en die gerelateerd zijn aan geneesmiddelen voor de behandeling van ruggenmergletsels. De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot de therapie bij ruggenmergletsels, omdat het geproduceerde steunmateriaal kan dienen als kunstmatige tussenwervelschijfvervanging met afgifte van geneesmiddelen.