Ulepszona metoda badań mechanicznych do oceny zakotwiczenia implantu kostnego

Summary

Przedstawiono ulepszoną metodę mechanicznego testowania zakotwiczenia kości na powierzchniach potencjalnych implantów. Metoda ta pozwala na wyrównanie siły rozrywającej dokładnie prostopadle lub równolegle do płaszczyzny powierzchni implantu i zapewnia dokładny sposób kierowania sił zakłócających na dokładny obszar wokół implantu.

Abstract

Ostatnie postępy w materiałoznawstwie doprowadziły do znacznego wzrostu złożoności topograficznej powierzchni implantów, zarówno w skali mikro, jak i nano. W związku z tym tradycyjne metody opisu powierzchni implantów - a mianowicie numeryczne determinanty chropowatości powierzchni - są nieodpowiednie do przewidywania wydajności in vivo. Badania biomechaniczne stanowią dokładną i porównawczą platformę do analizy wydajności powierzchni biomateriałów. Przedstawiono ulepszoną metodę badań mechanicznych w celu zbadania zakotwiczenia kości w powierzchniach potencjalnych implantów. Metoda ma zastosowanie zarówno do wczesnych, jak i późniejszych etapów gojenia i może być stosowana do dowolnego zakresu powierzchni modyfikowanych chemicznie lub mechanicznie - ale nie do powierzchni gładkich. Niestandardowe prostokątne implanty są umieszczane obustronnie w dystalnej kości udowej samców szczurów Wistar i zbierane wraz z otaczającą kością. Próbki testowe są przygotowywane i zalewane przy użyciu nowatorskiej formy do odłamywania, a test rozrywania przeprowadza się za pomocą mechanicznej maszyny wytrzymałościowej. Metoda ta pozwala na wyrównanie siły zakłócającej dokładnie prostopadle lub równolegle do płaszczyzny powierzchni implantu i zapewnia dokładny i powtarzalny sposób izolowania dokładnego obszaru wokół implantu do testów.

Introduction

Ocena zakotwiczenia kości do powierzchni implantów śródkostnych była przedmiotem znacznej uwagi, dla której opisano wiele metod testów mechanicznych^1,2. Wszystkie takie metody wywierają siłę, która zakłóca stosowany model kości/implantu i mogą być szeroko pogrupowane w ścinanie, zwykle przedstawiane jako modele wypychające lub wysuwane^3,4, odwrotny moment obrotowy^3,5 i typy rozciągania^6,7. Zazwyczaj w takich testach dochodzi do złamania kości⁸ lub materiału implantu (w przypadku kruchych szkieł i ceramiki^9,10) i, zakładając, że wystąpiła jakaś forma zakotwiczenia, powierzchnia styku kość/implant pozosta....

Protocol

1. Projektowanie, produkcja i obróbka powierzchni implantów

1. Produkcja implantów prostokątnych (wymiary 4 mm x 2,5 mm x 1,3 mm; długość x szerokość x wysokość) z dostępnego w handlu czystego tytanu (cpTi). Wywierć otwór centralnie w dół długiej osi implantu (średnica = 0,7 mm), aby ułatwić wczesną stabilność implantu w polu operacyjnym i późniejsze badania mechaniczne (ryc. 1).
2. Leczyć górną i dolną powierzchnię implantu.
   1. Aby uzyskać dwie odrębne powierzchnie, należy użyć standardowej obróbki strumieniowo-ściernej (GB), aby uzyskać złożoną mikrotopograficznie powierzchnię. Dalszą modyfikację połowy implantów poprzez nał....

Results

Wszystkie zwierzęta zwiększały swoją aktywność ambulatoryjną wraz z upływem czasu po powrocie do zdrowia po operacji. Jest to ważne, ponieważ obciążenie ma zróżnicowany wpływ na topografie o różnych zakresach skali, o czym niedawno informowaliśmy¹². Reprezentatywną krzywą siły/przemieszczenia dla próbek badanych po przeprowadzeniu badań mechanicznych przedstawiono na rysunku 9A, a uśrednione dane dla każdej powierzchni implantu przedstawiono na rysunku 9B. Zarejestrowano maksy.......

Discussion

Przedstawiony tutaj model badań mechanicznych zapewnia ulepszoną metodę oceny zakotwiczenia kości w powierzchniach potencjalnego implantu, ponieważ pozwala na dokładne prostopadłe lub równoległe wyrównanie badanej próbki z osią przyłożonej siły rozrywającej; i ogranicza strefę złamania do pół milimetra od powierzchni implantu. Model ten można łatwo włączyć do badań porównujących skuteczność dowolnego zakresu powierzchni modyfikowanych chemicznie lub mechanicznie; ale nie nadaje się do gładkich powierzchni, ponieważ można.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Dulbecco' s Fosforanowy roztwór buforowy (DPBS)	Gibco Life Technologies, Burlington, ON, Kanada	14190-250
10% neutralny buforowany roztwór formaliny	Sigma-Aldrich Co. LLC., Kanada	HT501128-4L
Specjalnie zaprojektowane implanty prostokątne (komercyjnie czysty tytan; wymiary: 4 mm x 2,5 mm x 1,3 mm z otworem 0,7 mm wywierconym centralnie w dół długiej osi)	Biomet 3i, FL, USA	N/A
Specjalnie zaprojektowana forma zrywana	Biomet 3i, FL, USA	N/A
Isoflurane	Baxter Internationl Inc.	Nie dotyczy
Buprenorfina	Bedford Laboratories	Nie dotyczy
10% betadyny	Bruce Medical, MA, US	FR-2200-90
Skalpel	Almedic, Medstore, Uniwersytet w Toronto, Kanada	2586-M36-0100
Ostrze skalpela #15 (sterylne)	Magna, Medstore, Uniwersytet w Toronto, Kanada	2586
Winda okostna #24G	Spectrum Surgical, OH, USA	EX7
Kleszcze	Almedic, Medstore, University of Toronto, Kanada	7747-A10-108
Kleszcze do tkanek	Almedic, Medstore, University of Toronto, Kanada	7722-A10-308
Nożyczki	Almedic, Medstore, University of Toronto	7603-A8-240
Tkanina chłonna Serweta ogólnego przeznaczenia (sterylna)	Vitality Medyczna	1089
Gaza (niesterylna)	VWR	89133-260
Igły 25G X 5/8" (jednorazowe)	BD, Kanada	305122
Strzykawki (sterylne)	VWR, Kanada	CABD309653
Sterownik igieł	Almedic, Medstore, Uniwersytet w Toronto, Kanada	A17-132
Dynarex Rękawice chirurgiczne (sterylne)	Amazon.com	2475
Maski chirurgiczne	Fisherbrand, Medstore, Uniwersytet w Toronto, Kanada	296360759
0,9% sterylnej soli fizjologicznej	Marka House, Medstore, Uniwersytet w Toronto, Kanada	1011-L8001
Maszynki do strzyżenia włosów	Remington, US	N/A
4-0	Synetura	SL5627G
Klipsy	do ran 9 mmBecton Dickinson, MD, USA	427631
Rękojeść dentystyczna ImplantMED DU 900 i WS-75	W& H Dentalwerk, Austria	DU1000US
Wiertło kręte 1,3 mm	Brasseler, GA, USA	203.21.013
Wiertło dentystyczne 1,3 mm	Biomet 3i, FL, USA	niestandardowy
cylindryczny frez boczny 1,2 mm	Biomet 3i, FL, USA	niestandardowy
cylindryczny frez diamentowy	Brasseler, GA, USA	H1.21.014
Szybki system wiercenia dentystycznego	Rękojeść: KaVo Dental Corporation, IL, USA	Nie dotyczy
Sterowanie rękojeścią: DCI International, OR, USA
99,5% ultra czysta sacharoza	BioShop Canada Inc., Burlington, ON, Kanada	57-50-1
Płynny kompozyt dentystyczny	Filtek Supreme Ultra Flowable Restorative, 3M ESPE, St Paul, Minnesota, USA	6033XW
Szafirowa lampa utwardzająca Plasma Arc o wysokiej intensywności	Den-Mat Holdings, Santa Maria, CA, USA	Nie dotyczy
Instron 4301 z ogniwem obciążnikowym 1000 N	Instron, Norwood, MA, USA	Nie dotyczy
Mikroskop preparacyjny Leica Wild M3Z Stereozoom	Leica, Heerbrugg, Szwajcaria	Nie dotyczy
Kamera cyfrowa QImaging Micropublisher 5.0 RTV w połączeniu z oprogramowaniem do akwizycji QCapture 2.90.1	QImaging, Surrey, BC, Kanada	Nie dotyczy
Elektroniczna suwmiarka cyfrowa	Fred V. Fowler Company, Inc., Newton, MA, USA	Nie dotyczy
Mechaniczny przyrząd testowy	Instron, Norwood, MA, USA	Nie dotyczy