Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

Biyomedikal Uygulamalar için Mekanik ayarlanabilir ve Biyoaktif Metal iskelelerinin Fabrikasyon

doi: 10.3791/53279 Published: December 8, 2015

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Metalik biyomalzemeler yaygın nedeniyle mükemmel mekanik mukavemet ve esneklik, 1-3 yük taşıyan implantlar ve internal fiksasyon cihazları olarak kullanılmış olsa da iki kritik zorlukları içerir: 1) Mekanik uyuşmazlığı metaller biyolojik dokulara daha sert olduğu için, istenmeyen hasara yol genellikle yabancı cisim reaksiyonları (örneğin, enflamasyon veya tromboz) provoke çevre dokulara ve genellikle biyolojik dokularla yoksul bir arayüz ile sonuçlanır 2) düşük biyo-için. 4-6 Gözenekli metal iskeleleri iyileştirilmesi, yapılarda kemik büyümesini teşvik etmek için ileri sürülmüştür . Stres kalkan etkileri nedeniyle azaltılmış sertlik bastırılır ise kemik-implant temas 7-9 Dahası, çeşitli yüzey modifikasyonlar metalik implantların biyolojik aktivitelerini geliştirmek için uygulanmıştır; Bu tür modifikasyonlar, kaplamaya biyoaktif moleküllerin (örneğin, büyüme faktörleri için metal yüzeye sahiptirları) ya da ilaçlar (örn, vankomisin, tetrasiklin). 10-12 Ancak, bu tür gözenekli metal iskelelerinin azaltılmış mekanik özellikleri gibi sorunlar, sertlik ve biyoaktif kaplama tabakalarının hızlı salım hâlâ çözülememiştir azalmıştır. 13-16

Özellikle, titanyum (Ti) ve Ti alaşımları için, mükemmel mekanik özellikleri, kimyasal stabilite en popüler BIOMETAL sistemlerinden biri ve iyi biyolojik uygunluktur bulunmaktadır. 13,17-19 Bunların köpük şeklindeki uygulamalar da çeken 3D için artan bir ilgi gözenekli ağlar 20-22 çabalar polimerik sünger çoğaltma, metal parçacıklar, hızlı prototipleme (RP) yönteminin sinterleme dahil olmak üzere yeni üretim tekniklerini geliştirerek mekanik özelliklerini geliştirmek için yapılmıştır. kemik gibi mekanik özelliklerinin yanı sıra, kemik büyümesini teşvik ve gözenekler çeşitli özelliklerini kontrol etmek için uzay tutucu yöntemi (örneğin, gözenek fraksiyonu,şekil, boyut, dağıtım ve bağlantı) ve malzeme özellikleri (örneğin, metalik faz ve kirlilik). Son zamanlarda, su bazlı metal çamurunun donma döküm iyi hizalanmış gözenek ile mekanik gelişmiş Ti formlarını üretmek için büyük ilgi görmüştür 23-25 katılaşma sırasında tek yönlü buz dendrit büyümesini kullanarak yapılar; Ancak, su ile metal tozlarının temasından kaynaklanan oksijen kirlenme Ti iskelelerinin kırılganlığını en aza indirmek için özel bir bakım gerektirir. 14,15

Bu nedenle, biyolojik olarak aktif ve mekanik ayarlanabilir gözenekli Ti iskeleleri imal yönelik yeni bir yaklaşım geliştirmişlerdir. 25 iskeleleri, başlangıçta% 50'nin üzerinde bir gözenekliliğe sahip, gözenekli bir yapıya sahiptir. Imal gözenekli iskeleleri sonuçta elde edilen gözeneklilik, mekanik özellikler ve ilaç salım davranışı başvurunun ile kontrol edildi sırasında mekanik bir pres kullanılarak biyolojik olarak aktif moleküller ile kaplanır ve daha sonra sıkıştırılaned süzün. Yoğunlaştırılmış gözenekli Ti implantlar kemik (3-20 GPa). 2 için kaplama tabakasının karşılaştırılabilir düşük sertliğe rağmen, iyi bir mukavemete sahip düşük bir gözenekliliğe göstermiştir, yoğunlaştırılmış gözenekli Ti biyo-etkinliği önemli ölçüde geliştirilmiştir. Üstelik, yoğunlaştırma işlemi ile oluşturulan eşsiz düz gözenek yapıları kaplanmış biyoaktif molekülleri yavaş yavaş, uzun bir süre boyunca etkinliğini muhafaza iskele açıklanacak görülmüştür.

Bu çalışmada, biyomedikal uygulamalarda potansiyel kullanım için yoğunlaştırılmış gözenekli Ti iskeleleri imal etmek bizim kurulan yöntemi tanıttı. Protokol metal çamurları ve gözenekli iskeleleri sıklaştırılması ile dinamik donma döküm içerir. İlk olarak, Şekil 1A gösterildiği gibi dinamik donma döküm yöntemi tanıtıldı iyi süneklik ile gözenekli Ti iskeleleri imal etmek. Ti tozu, sıvı kamfen içinde dağıtılır; daha sonra, sıcaklık düşürülerekSıvı faz Ti tozu ağı ve bir katı kamfen kristalleri arasında faz ayrımı ile sonuçlanan, katılaştırıldı. Daha sonra, katılaşmış Ti-kamfen yeşil gövde içinde Ti tozlar, sürekli Ti dikmeler ile kondanse edildi sinterlenmiştir ve kamfen fazı tamamen gözenekli bir yapı elde etmek için uzaklaştırılmıştır. Elde edilen gözenekli iskeleleri ile kaplama ve yoğunlaştırma işlemi sıklaştırılması ve ilk gözeneklilik derecesi değişen kullanılmıştır. Kaplama tabakası ve serbest bırakma davranışı görüntülendi ve yeşil flüoresan proteini (GFP) GFP-kaplanmış, yoğun Ti göre ve yoğunlaştırma, gözenekli Ti -kaplı kullanılarak ölçüldü. Son olarak, iki farklı gözenekli yapılara sahiptir fonksiyonel aşamalı Ti iskeleleri önerilen ve gözenekli iskeleler iç ve dış parçaları yoğunlaştırılması derecesini değiştirmek suretiyle gösterildi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Gözenekli Metal iskelelerinin 1. Fabrikasyon

  1. Dört başlangıç ​​gözenek (40, 50, 60 ve 70), gözenekli Ti iskeleleri için Tablo 1 de tarif edildiği gibi malzemeler, uygun miktarlarda tartı sonra ticari olarak temin edilebilir Ti tozu, kamfen ve KD-4 karıştırılarak Ti-kamfen bulamaçlar hazırlayın. 500 ml polietilen (PE) şişelere çamurlar dökün ve 30 rpm'de bir bilyeli değirmen fırın içinde 30 dakika boyunca 55 ° C'de şişeler döndürün.
  2. Silindirik alüminyum (Al) 60 mm'lik bir çapa ve 60 mm yüksekliğe sahip kalıplar içine PE şişe çamurlar dökün. Karşılık gelen Al kayar kapak ile birlikte, Al kalıp kapatın ve 10 dakika süreyle 55 ° C 'de 30 rpm bir hızda bir bilyalı değirmen fırında kalıpları döndürün.
    1. Daha sonra, 44 ° C'ye kadar bilyalı değirmen fırının sıcaklığı azaltmak ve sürekli 12 saat boyunca 44 ° C sabit sıcaklıkta 30 rpm bir hızda kalıp döndürün.
  3. Ball- kalıp dışarı atınDeğirmen fırın sonra ilave bir soğutma işlemi için 1 saat süre ile oda sıcaklığında kalıp döner. Bir Al dalgıç kullanarak Al kalıp katılaşmış titanyum / kamfen yeşil gövdesini sökün.
  4. Elle bir lastik torba içinde katılaşmış titanyum / kamfen yeşil vücudu yerleştirin ve tamamen bir dize ile torbanın ağzını bağlayarak lastik torbanın ağzını sıkıca kapatın. Soğuk izostatik presleme (CIP) makinenin su tankı kauçuk torba yerleştirin ve 10 dakika için 200 MPa, eşbasınçlı bir basınç uygulanır. Lastik torbadan sıkıştırılmış yeşil vücudu çıkarın.
  5. Elle bir alümina pota üzerine Ti-kamfen yeşil vücudu aktarın ve dondurarak kurutma makinesinde pota yerleştirin. Dondurularak kuru yeşil vücutta kamfen fazı süblimleşme yeşil gövde - 24 saat boyunca 40 ° C.
  6. Daha sonra, bir alümina kapak kayma Kroze kapatın ve oda sıcaklığında (10 -6 Torr altında) bir vakum fırınında kapalı pota yerleştirin. Sonra, bir ısıtma r 1300 ° C fırının sıcaklığını artırmak5 ° C / dk arasında yedi ve 2 saat süre ile 1300 ° C sıcaklık tutun.
  7. Isıl işlemden sonra, fırının tam oda sıcaklığına kadar soğutuldu kadar 6-7 saat boyunca fırında sinterlenmiş gözenekli Ti tutun.
    Not: Soğutma işlemi 6 saat süresince, 400 ° C'nin üzerinde fırının ortalama soğutma hızı ~ 15 ° C / dk ve 400 ° C'nin altında fırının ortalama soğutma hızı ~ 2 ° C / dk.
  8. Gerekirse, elektriksel deşarj işlemesi ile 16 mm (EDM) bir çapa sahip olan bir disk şeklinde numuneler halinde sinterlenmiş gözenekli Ti blok kesin. 27
    Not: Al kalıp boyutuna bağlı olarak tabaka, gözenekli Ti boyutu işleme süreci (Şekil 2A) ile değiştirilmesi gerekir.
  9. Bir otoklav içinde, gözenekli Ti örnekleri bir cam behere koyun ve 15 dakika boyunca 121 ° C'de sterilize örnekleri. Numuneler otoklavdan çıkarılmaktadır. Iki kere% 70 etanol ile iki kez ve sonra damıtılmış su ile gözenekli Ti örnekleri yıkayın.Son olarak, Petri kabı içine gözenekli Ti bırakın ve UV ışığı altında temiz bir bankta oda sıcaklığında örnekleri Hava kurulayın.

Biyoaktif Ajanların ile iskelelerinin 2. Dip Kaplama

  1. 9 Dulbecco Fosfat Tamponlu Salin (DPBS, pH 7.4) bir solüsyonu 10 ml bir ml sterilize olan GFP 1 ml karıştırılarak temiz bir tezgah 100 ug / ml 1 mg / ml, ticari yeşil floresans proteini (GFP) seyreltin Tablo 1 'de gösterildiği gibi, polistiren (PS), tüpü.
  2. Oda sıcaklığında GFP çözeltisi ile PS tüpüne Ti numuneler yerleştirilerek ve temiz bir tezgah üzerine yerleştirerek seyreltildi GFP çözeltisi (100 ug / ml), 10 ml sterilize edilmiş, yoğun ya da gözenekli Ti bırakın.
  3. Bir vakum kurutucu içinde PS tüp yerleştirin ve 10 dakika GFP çözeltisi daha etkili bir şekilde, gözenekli Ti gözeneklerinden içeri girmesi ile sağlamak için desikatörde tahliye.
  4. Cımbız kullanarak PS tüpünden gözenekli titanyum çıkarın. 10 cm çapında Pe içine GFP kaplamalı gözenekli Ti yerleştirinÜç çanak ve hava-kuru O / N temiz bir bankta RT de.
  5. Bir cam beher içinde Dulbecco Fosfat Tamponlu Salin (DPBS) 10 ml iki kez gözenekli Ti durulayın ve temiz bir tezgah üzerinde RT cımbız ve hava kuru kullanılarak 10 cm çapında bir Petri kabı içine, gözenekli Ti hareket eder.

Gözenekli iskelelerinin 3. Yoğunlaştırma

  1. Silindirik çelik kalıpta çeşitli yükseklikleri GFP kaplı gözenekli Ti örnekleri yerleştirin ve çelik kalıbın (Şekil 3A) üst ve alt deliklere yumruklar bir dizi yerleştirin.
  2. 0.05 ~ 0.1 sn ara gerilme oranlarında bir basın makine kullanarak örnek (Şekil 3A) z yönünde oda sıcaklığında çelik kalıp montaj içinde gözenekli Ti sıkıştır -1 Tablo 2'de gösterilen önceden belirlenmiş uygulanan suşlarına karşı. Basınç tutun boşaltma öncesinde 1 dakika karıştırıldı.
  3. Çelik kalıbından yoğunlaştırılmış Ti örnekleri çıkarın. DPBS 10 ml iki kez yoğunlaştırılmış numune yıkayınTemiz bir bankta oda sıcaklığında bir beher ve hava kuru O / N.

GFP-kaplı iskelelerinin 4. Salınım test

  1. Numunelerin üç tip daldırın (GFP-kaplanmış, yoğun Ti (adımlardan sonra 2), GFP-kaplanmış gözenekli Ti (Adım 1 ve 2) ve GFP-kaplı yoğunlaştırılmış gözenekli Ti (adım 1-3) sonrası) sonra 5 ml DPBS (pH Temiz bir tezgah üzerinde 37 ° C'de 10 mi steril PS tüp içinde ihtiva 7,4) çözeltisi eklendi.
  2. Ve GFP-kaplanmış numune, her PS borusundan Emme bütün DPBS çözeltisi, 1 önceden belirlenen bir, 2, 3, 5, 8, 12 e göre bir pipet kullanarak yeni bir 5 ml DPBS çözeltisi (pH 7,4) ile yeniden doldurmak batırıldıktan sonra 15, 22 ve 29 gün.
  3. Daldırma (gün 0) önce, GFP-kaplanmış numunelerin parlaklığı görüntü almak ve 22 gün batırıldıktan sonra konfokal lazer tarama spektroskopisi (CLSM) ile.
  4. Kullanılarak bölüm 4.2'de her PS tüpten çekilir 5 mi DPBS çözeltisinin bir toplam 1 ml çözelti içinde serbest GFP floresans sinyali yoğunluğu ölçmek215 nm dalga boyunda UV spektroskopisi. Standart eğri kullanılarak GFP çözeltisinin konsantrasyonu yoğunluk değeri dönüştürün.
    Not: Ölçme önce, 0 ng / ml konsantrasyon aralığında, GFP çözeltisi floresans sinyali yoğunluğu ölçülerek GFP çözeltisi standart eğri çizmek - 10 ug / ml olmuştur.

Kademeli Gözenekli Ti iskelelerinin 5. Fabrikasyon

  1. 1,7 adıma adım 1.1 tekrarlayarak sinterlenmiş gözenekli Ti bloğunu üretin.
  2. Makine EDM tarafından önceden belirlenmiş bir yapı tasarımları (örneğin, Şekil 5a ve 5d) göre sinterlenmiş gözenekli Ti bloğu.
  3. Gözenekli Ti çapıdır ~ kalıbın çapından 0,1 mm küçük çelik bir kalıp yükseklik dağılımı ile işlenmiş Ti numuneler ve çelik kalıbın üst ve alt deliklere zımbaların kümesini yerleştirebilir.
  4. Adımları 3.2 ve 3.3 gerçekleştirin.

6. Porozite MeTi iskelelerinin asurement

  1. Ti iskelelerinin kitle (m s) ölçün.
  2. Ti iskelelerinin uzunluk, genişlik ve yükseklik ölçerek belirgin hacmi (V s) hesaplayın.
  3. Aşağıdaki denklem kullanılarak gözeneklilik hesaplamak:
    Denklem 1
    P toplam porozite yüzdesi, ρ Ti titanyum ve m S teorik yoğunluğu olduğu / V S numunenin ölçülen yoğunluğudur.
    Not: MikroBT'lerin görüntüleme, bir mikro-bilgisayarlı tomografi kullanılarak gerçekleştirilir sonra Ti örnekleri gözenekliliği ile doğrudan MikroBT'lerin görüntüleri elde edilebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Gözenekli Ti iskeleleri üretilmesi için kullanılan imalat süreci Şekil 1A'da gösterilmiştir. Ti tozu, sıvı kamfen tamamen katılaştıktan ise, nispeten ağır Ti tozunun herhangi bir çökeltiler minimize edilebilir, 12 saat boyunca 44 ° C'de kabın sürekli dönüşüyle ​​kamfen içinde homojen biçimde dağılmış ve tutulur. Burada 3-boyutlu birbirine büyük kamfen gözenekler Ti tozu faz (Şekil 1C) ile çevrilidir, Şekil 1B 'de gösterildiği gibi bir sonucu olarak, homojen bir Ti-kamfen yeşil gövde dinamik dondurularak döküm işlemi kullanılarak üretilir. Ancak, konteyner yanlış dönüşü genellikle yeşil vücutta Ti ve kamfen fazlarının homojen olmayan dağılımı, bozulmaya neden olan ya da ısı tedavisi sonrası gözenekli iskele çatlama sonuçlanır. Dönme hızının en uygun koşul, çoğu durumda, bir homojen, yeşil gövde üretmek mümkün oldu 30 rpm, olduğu bulunmuştur. Önce devamısı muamelesi ile ing, kamfen geniş bir büyüme Şekil 1C'de gösterildiği gibi Ti-kamfen, yeşil gövdenin enine kesite gözlemlenerek teyit edilir. Kamfen fazı gözeneklerin belirgin bir boyut dağılımına sahip süreksiz olduğu takdirde, devingen dondurularak döküm sıcaklığı ve süresi sıfırlanması gerekir. Tipik olarak, Ti-kamfen yeşil cisimlerin kamfen aşaması büyük küresel gözenekler birbirleri ile temas halinde beri kamfen fazı sürekli hale 12 saat dinamik donma döküm, sonra iyi gelişmiş olduğu tespit edildi. Gözenekli Ti gözeneklerin büyüklüğü, morfoloji ve bağlantı daha da ısı işlemden sonra, mikro-CT analizi kullanılarak değerlendirildi.

1300 ° C de sinterlendikten sonra, gözenekli Ti blok elektriksel deşarj işlemesi (Şekil 2A), birden çok silindirik şekilli numuneler halinde kesilmiştir. Elde edilen silindirik numuneler çatlaklar veya kusurları yoktu. Porou Temsilcisi mikro-BT görüntüleriŞekil 2B'de gösterilmiştir, geleneksel (üst) imal Ti iskeleleri ve dinamik dondurularak döküm (alt) s. Geleneksel dondurma dökümden Ti numunelerin gözenek yapısı donma sırasında yüzünden kamfen dendritik büyüme düzensiz şekilli gözeneklere sahip yönlü gözenek hizasını gösterir. Öte yandan, dinamik donma döküm örnek rastgele gözenek dağılımı ile neredeyse küresel gözenekleri sergiliyor. Dahası, farklı gözenek (Başlangıç ​​Gözeneklilik (IP) = 50, 60 ve 70 hacim%) gözenekli Ti iskelelerinin yüksek çözünürlük mikroskopik görüntüleri net rasgele Ti ağ (Şekil 2C) içinde dağıtılan küresel gözeneklerin göstermektedir. Kamfen hacmi azalmış gibi gözenekli Ti iskelelerinin gözenek boyutu azalmıştır.

Daha sonra, imal edilmiş gözenekli bir Ti iskeleleri, Şekil 3A'da gösterildiği gibi, uygulanan yük değiştirilerek kalıp içinde biyomoleküller ve yoğunlaştırılmış ile kaplanır. Vi içinTi numuneler üzerinde biyolojik olarak aktif kaplama tabakasının sualization, yeşil flüoresan proteini (GFP) bu çalışmada kullanılmıştır. Şekil 3B'de gösterildiği gibi, basınç (P zz) karşılık gelecek şekilde tatbik soyu (ε zz), yoğunlaştırma derecesi değişebilir olduğu bulunmuştur. Gözenek şekli komşu delikler birbiriyle temas halinde oldukları için, en yüksek yoğunlaştırma, hemen hemen yok gözenekleri bir sonucu olarak, yoğunlaştırma derecesi arttıkça basık ve olur. Bununla birlikte, daha önceki çalışmaya biz yoğunlaştırılmış numune gözenek kanalları hala aynı gözeneklilikte gözenekli Ti ile hemen hemen aynı yüzey alanına sahip, açık olduğunu doğruladı. 25 farklı başlangıç ​​gözeneklerle yoğunlaştırılmış numuneleri değerlendirmek için, z-boy, aynı nihai gözenekliliği için yoğunlaştırılmış numune için sırayla ilk porozite bağlı olarak değişebilir olmalıdır. Tablo 2 de hedeflenen nihai p elde etmek tahmin uygulanan cinslerini teminorosity farklı başlangıç ​​gözenek ile yoğunlaştırılmış gözenekli iskeleleri (FP). IP =% 50 skafold yaklaşık 0.5 ihtiyacı Örneğin, FP =% 5 ile yaklaşık% 70 = 0.7 suşu gerektirir IP gözenekli iskele yoğunlaştırılmış gözenekli örnekleri üretmek için. Bu nedenle, gözenekli iskeleler ilk yükseklikleri dikkatle sağlamlaş-tırıldıktan sonra, aynı nihai yüksekliğe sahip numuneler elde etmek amacıyla, ilk gözenekliliğine göre hesaplanmıştır. Şekil 3C, 2 mm hemen hemen aynı boyutlara sahip, =% 40% 70 gösteri farklı başlangıç ​​yükseklikleri yoğunlaştırılması önce ve sonra sonunda IP'den gözeneklere değişen dört numuneler gösterildiği gibi.

GFP, gözenekli (IP =% 70) üzerinde bir kaplama tabakası ve yoğunlaştırılmış gözenekli Ti (IP =% 70, FP =% 7), Şekil 4A'da gösterildiği gibi, ticari yoğun Ti ile karşılaştırıldığında numune görselleştirmek için kullanılmıştır. Her üç numune açıkça inci tekabül kaplı yüzey morfolojisi gösterilecekEIR mikroyapılar. Gözenekli ve yoğunlaştırılmış gözenekli örnekleri yeşil renkli Ti açık gözeneklere sahip gergi var ise tamamen yoğun Ti yüzeyi tamamen yeşil bir kaplama tabakası ile kaplıdır. Şekil 4A'da gösterilen bu üç kaplanmış numune kullanarak, salma karakteri (Şekil 4B) gözlenmiştir. Her bir numune salınan GFP miktarı ortalama ± standart sapma olarak ifade edilmiştir (n = 3) ve floresans yoğunluğu ölçülerek bir aya kadar takip edildi. Yoğun ve gözenekli Hem Ti en çok bir hafta içinde serbest olan, ilk patlama etkisi ile hızlı bir GFP bırakma davranışı bulundu. Ancak, yoğunlaştırılmış gözenekli Ti bir aya kadar sürekli salınımını gösteren açıkça (Şekil 4B CLSM görüntüler) bile bir ay sonra yüzeyde GFP gösteren.

Şekil 5'te sunulduğu gibi yoğunlaştırma işlemi de fonksiyonel aşamalı gözenekli Ti iskelelerinin üretimi için uygulanabilir. İki potgradyan yapıların esas teşkil tasarım şematik silindirik iskele iç ve dış tabakalar, farklı gözenekler olan, seçilmiştir. Şekil 5B 'de gösterildiği gibi, Şekil 5A'da gösterilen yoğun çekirdekli yapı için, Ti iskele dış kısmı mekanik işleme kısalmıştır. Yüksek iç kısmı seçici yoğunlaştırma sonrasında, gradyan bir yapı elde edilmiştir. Mikro BT ile ölçülen Rakamlar 5BB ve 5E detaylı yapısal bilgiler Tablo 3'te verilmiştir Şekil 5C mikro BT görüntüsünde açıkça farklı gözenek (iç ile iskele iç ve dış bölümlerini gösterir. FP = ~% 60, dış: FP = ~% 70). Alternatif olarak, daha sık dış tabaka ile bir yapı iç ve dış parçalar (Şekil 5D) arasındaki yükseklik farkı değiştirerek üretilebilmektedir. Yoğun bir o yüksek dış ve alt iç kısımları sonuçları ile gözenekli Tiuter kısmı yoğunlaştırma (Şekil 5E) sonra, burada dış parça gözenekliliği Şekil 5F'de gösterildiği gibi korunmuş başlangıç ​​porozite (IP =% 70) sahip olan bir iç parça ile, ~% 45 düşürülmüştür.

figür 1
Şekil dinamik donma döküm Ti-kamfen yeşil gövdenin 1. Fabrikasyon. (A) elde etmek için dinamik donma kasa sürecinin şematik gösterimi ısıl işlem öncesi Ti-kamfen yeşil vücudu katılaşmış (Elsevier, Jung izniyle uyarlanmıştır ve ark., 2013). (B) dinamik donma döküm işlemi tamamlandıktan sonra bir temsilci Ti-kamfen yeşil gövdenin Optik görüntü. Katı faz, kamfen rasgele sürekli Ti tozu PHA içinde dağıtıldığı Ti-kamfen, yeşil gövdenin (C) kesit görüntüsüe. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figür 1
Isıl işlemden sonra çeşitli başlangıç ​​gözenek 2. Gözenekli Ti iskeleleri Şekil. (A) öncesi ve işleme ve talaşlı bir edilen silindirik gözenekli Ti iskelesi sonra tamamen sinterlenmiş gözenekli Ti bloğunun Optik görüntüler. (B), geleneksel dondurularak döküm (üstte) ve dinamik dondurularak döküm (alt) tarafından imal gözenekli Ti iskelelerinin Kesit mikro-BT görüntüleri. Şekil 2B üst resmin üzerine Sarı oklar radyal yönde gözenek hizalama gösterir. (C) başlangıçtaki gözeneklilik% 70 (İP) (üst) ile döküm dinamik dondurucuda tarafından imal gözenekli Ti iskelelerinin kesit görüntüleri,% 60insets mukabil gözenekli Ti iskelelerinin optik görüntüler (orta) ve% 50 (alt) (Elsevier, Jung izniyle uyarlanmıştır ve ark., 2013). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figür 1
Şekil 3. Dip kaplama ve gözenekli Ti iskelelerinin yoğunlaşma. (A) biyomoleküllerin (örneğin, GFP) ile kaplanmış bir yoğunlaştırılmış gözenekli metalik iskele (Ti) ve üretim sürecinin şematik gösterimi (Elsevier, Jung ve ark izniyle uyarlanmıştır. , 2015). (B) nihai gözeneklilik sonuçlanan uygulanan gerginlik de yoğunlaştırılmış gözenekli Ti iskelelerinin kesiti görüntüleri (IP =% 70) (ε zz) = 0, 0.53, 0.63, 0.68, (FP = 70, 33, 19, % 7). (Cı Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figür 1
GFP GFP yüklü yoğunlaştırılmış gözenekli Ti iskelelerinin in vitro salım davranışta Şekil 4. (A). Tipik CLSM görüntüleri, yoğun gözenekli ve yoğunlaştırılmış Ti iskelelerinin yüzeyinde yüklendi. , Yoğun gözenekli ve yoğunlaştırılmış Ti serbest GFP (B) Toplu miktarlar 24 gün boyunca PBS içinde daldırma (ölçek çubuğu = 200 mikron) sonra bu üç numunenin CLSM görüntüleri ile 29 gün (n = 3) kadar iskeleleri. Standart sapma (SD) bize olaned, her bir veri noktası açıklayıcı bir hata bar. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figür 1
Fonksiyonel aşamalı gözenekli metal iskelelerinin Şekil 5. Fabrikasyon. Yoğun bir iç kısmı ile kademeli gözenekli iskele tasarımı (A) şematik. Yoğun iç kısmı ile gözenekli Ti iskele Kademeli (B) yoğunlaştırılması yoluyla imal. (C) 2-D yoğun iç kısmı ile kademeli gözenekli Ti iskele mikro BT görüntü yeniden. Yoğun bir dış kısım ile gradyan gözeneklilikte bir skafold tasarımının (D) şematik. (E) skafold gözenekli bir iç çekirdeğe sahip olan yoğunlaştırma yoluyla imal yoğun dış parça gözenekli Ti iskele Dereceliyoğunlaştırılmış dış tabaka ile çevrilidir. (F) 2-D yoğun dış kısmı ile kademeli gözenekli Ti iskele mikro-BT görüntü yeniden. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Hedef örnek Ti-kamfen bulamaç Kaplama çözeltisi
Ti tozu (g) Kamfen (g) KD-4 (g) GFP (mi) PBS (mi)
IP Ti iskele% 40 = 204,3 90 0,294 1 9
IP Ti iskele% 50 = 171.4 97 </ td> 0.268
IP Ti iskele% 60 = 136.5 103 0.239
IP Ti iskele% 70 = 100 110 0.21

Tablo 1. GFP ile kaplanmış bir hedef gözenekli Ti iskeleleri (IP = 40, 50, 60, 70%) imalatı için, Ti-kamfen harç ve kaplama çözeltisinin ayrıntılı bilgiler. (IP, ilk gözeneklilik anlamına gelir).

Başlangıç ​​porozite (%) Nihai porozite (%)
60 50 40 30 20 10 5
50 0.17 0.29 0.38 0.44 0.47
60 0.20 0.33 0.43 0.50 0.56 0.58
70 0.25 0.40 0.50 0.57 0.63 0.67 0.68

(1- (1-IP) / - Tablo 2. hedeflenen nihai porozite (FP) aşağıdaki denklem kullanılarak, AP = 1 anlamında (IP = 50, 60, 70%) (ε zz) gözenekli iskeleler uygulanan gerginlik Öngörülen ε zz).

Şekil rowspan = "2"> Kademeli iskele. 5b
Örnek Yoğunlaştırılması önce Yoğunlaştırmadan sonra
Yükseklik (mm) Gözeneklilik (%) Gözenek boyutu (um) Yükseklik (mm) Gözeneklilik (%) Gözenek boyutu (um)
İç kısım 18 ± 1 70 ± 1 370 ± 100 13 ± 1 57 ± 5 285 ± 100
Dış kısım 14 ± 1 70 ± 5 365 ± 110
Şekil Kademeli iskele. 5e İç kısım 14 ± 2 12 ± 1 70 ± 8 315 ± 110
Dış kısım 18 ± 1 45 ± 8 230 ± 80

Tablo mikro CT ile ölçülen z yüksekliğinde, gözeneklilik ve ortalama gözenek boyutu açısından önce ve sonra kademeli yoğunlaştırma gözenekli iskeleleri (Şekil 5B ve Şekil 5 £) iç ve dış parçalar arasında 3. Yapısal bilgiler.

Gözenekli Ti ilk porozite (%) Yoğunlaştırılması önce Yoğunlaştırmadan sonra (FP =% 5)
Sertlik (GPa) Akma Mukavemeti (MPa) Sertlik (GPa) Akma Mukavemeti (MPa)
50 19 143 44 > 370
60 13 130 42 > 370
70 5 58 35 > 370

Tablo 4. Sertlik ve gözenekli Ti iskeleleri akma dayanımı (IP = 50, 60,% 70) önce ve sonra yoğunlaştırma (Elsevier, Jung izniyle uyarlanmıştır ve ark., 2015).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

BIOMETAL sistemleri yaygın biyomedikal uygulamalar için kullanılmış olsa da, özellikle de, taşıyıcı malzemeler olarak, yüksek sertlik ve metal düşük biyo gibi büyük zorluklar olarak kabul edilmiştir. Bu çalışmada, yeni bir metal sistemi, biyomimetik mekanik özellikleri yanı sıra sürdürülebilir bırakma davranışı ile biyoaktif yüzeye sahip bir yoğunlaştırılmış gözenekli metal iskele imalat yöntemi kurdu. Bizim fabrikasyon yönteminin önemli avantajları 1) biz zaten geliştirilen önceki dinamik dondurma döküm yönteminde değişiklik dahil 28 2) bir parametre derece kontrol mekanik donanım ve gözenekli gelen biyomoleküllerin sürdürülebilir bırakma davranışını hem elde yoğunlaştırma-to Metal iskeleleri ve 3) potansiyel uygulama işlevsel malzemelerin kademeli etmek.

Yoğunlaştırılmış gözenekli metal üretmek için gerekli kritik adımlarından biri iki önemli featu sahip gözenekli Ti, imalatı olanres: 1) biyolojik olarak aktif moleküllerin süneklik ve mekanik özelliklerin salım hızını kontrol altına ve 2) yüksek bir gözenek Ara bağlantı yüklemek ve biyomoleküllerin serbest bırakın. Ancak, daha önce sınırlı gözenek birleştiricisi veya sünekliği ya göstermiştir gözenekli uzay tutucu yöntemi kullanılarak üretilen titanyum iskeleleri, sünger şablon yöntemi ve toz metalurjisi bildirdi. Özellikle 14,24,29, diğer ülkelerle birlikte metal tozları reaksiyonu ile oluşturulan kirlilikler metal tozları, ikinci malzeme ile temas halinde oldukları için ısıl işlem sırasında malzeme önemli derecede bir materyalin uysallığının azaltmak için bilinen (örneğin, boşluk tutucu ya da polimer şablon), mekanik testlere tabi kırılma bozukluğu ile sonuçlanır. Bu nedenle 14,24,29 , yoğunlaştırılmış gözenekli metal imal etmek için, yabancı maddeler geleneksel imalat yöntemlerinin çoğu için en aza düşürülmesi gerekmektedir. Bu komplikasyonu önlemek için, gözenekli morfoloji ve mekanik davranışları o araştırıldıf gözenekli titanyum iskeleleri metal tozu ve sıvı faz arasındaki etkileşimi en aza indirmek için kamfen ile döküm yöntemi dondurma kullanılarak imal. 26,28,30-33

Geleneksel dondurma döküm yöntemin bir dezavantajı, genellikle yönlü gözenekli kanalları (Şekil 2B, üst görüntü) ile sonuçlanan olmasıdır. Dinamik dondurularak döküm, diğer taraftan, gözenek şekli ve boyutu geleneksel dondurma döküm kişilerce ve iskele içinde gözenek dağılım neredeyse rastgele olduğundan daha homojen olduğu tespit edildi. . Böylece tek eksenli basınç altında kapalı bir kalıp içinde yoğunlaşma sağlayan dinamik donma döküm sırasında 26,28, gösteri izotropik mekanik davranışları döküm dinamik dondurucudan gözenekli iskeleleri Bu yapısal özellikleri, iki büyük hadise metal bulamaç içinde meydana: kamfen fazının 1) kristal büyümesini ve 2) metal tozları yeniden dağıtılması ve kalan sıvı faz kaçınarak s içinde kamfen katılaşmışedimentation. Yerçekimi sıvı kamfen tamamen katılaşmış kadar ayırmak metal tozları neden olur. Kamfen erime sıcaklığına yakın bulamacın sürekli dönüş, küresel kamfen kristaller Şekil 1C'de gösterildiği gibi, Ti tozlar ve kamfen kristallerinin rastgele ve homojen dağılımını sağlayan homojen büyümesi için yeterli bir zaman tanır.

Soğutma işleminden sonra, tam olarak iki fazlı yeşil gövde (Şekil 1B) ürün elde edildi Ti-kamfen katılaştı. Tamamen çöken yapısı olmadan katılaşmış yeşil vücuttan kamfen kaldırmak için, kamfen, -20 ° C 'de vakumlu kurutucuda süblime edildi. Kamfen fazın çıkarılmasından sonra, yeşil gövde yalnızca Ti tozu kapsayan, gözenekli hale geldi. Ti parçacıklar arasında herhangi bir etkileşim olmadığı dikkatli işleme gerek yoktur, bu yüzden, gözenekli Ti yeşil gövde kırılgandır. Isı tedavi öncesi elleri ile yeşil vücudun herhangi bir doğrudan işleme önlemek içinment, bir seramik pota dondurarak kurutma ve sinterleme yeşil gövdenin kap için seçildi. Yeşil gövdeli kabı hemen yeşil gövde metal dikmeler önemli kusurlar olmaksızın tamamen yoğunlaşmamış olmasını sağlar 1300 ° C'de dondurularak kurutma ve ısı işlemden sonra, bir vakum fırını içine yerleştirilmiştir. Gözenekli numune geometrisi ve boyutları aynı (Şekil 2A) olmalıdır, çünkü numunelerin değerlendirilmesi için, gözenekli bir Ti blok küçük gözenekli Ti silindirler halinde kesilmiştir. Tüm numuneler başarıyla herhangi bir önemli kusurları (Şekil 2B ve 2C) olmadan işlenmelidir bulundu. Harç madde içinde Ti güç miktarına bağlı olarak, farklı gözenek Ti iskeleleri küresel şekil ve rastgele dağıtılmış gözenekler (Şekil 2C) ile elde edilmiştir.

Gözenekli Ti iskeleleri dinamik donma döküm yöntemi kullanılarak elde edildikten sonra önceki stu belirtildiği gibiŞekil 3A'da gösterildiği gibi, dy, 28 biyomoleküllerin kaplanmış gözenekli Ti, Ti yüzeyi ve yoğunlaştırma üzerine kaplanmış olması ile icra edilmiştir. Biyomoleküllerin veya kirlenmeyi denatürasyon önlemek için, kaplama işlemi, gözenekli iskeleleri otoklavlanmıştır sonra 24 saat içinde oda sıcaklığında temiz bir tezgah üzerinde gerçekleştirilmiştir ve dikkatli bir şekilde temizlendi. Kaplama işlemi gerçekleştirildi sonra yoğunlaştırma öncesinde kaplanmış biyomoleküllerin kaybını en aza indirmek için, temizleme işlemi minimize edilmiştir. Yoğunlaştırma yöntemi de z-doğrultusunda gözenekli Ti örneklerinin uygulanan deformasyon tarafından kontrol edildi, gerginlik dönüştürülür, ε zz. 26 Ti iskelelerinin başlangıç ​​gözeneklilik, uygulanan gerilim bağlı olarak ve son gözenekliliğe karşılık gelen değişik (Tablo 2 ). Farklı başlangıç ​​gözenek ile yoğunlaştırılmış gözenekli iskeleleri sağlamak amacıyla özdeş son geometrileri ve boyutları, Indivi uygulanan gerginlik vardıyoğunlaştırma öncesinde çift iskeleleri hesaplandı ve her bir numunede toplam numune yüksekliği (z istikametinde uzunluk) daha sonra tahmin edilmiştir. Şekil 3D gözenekliliğe değişen tek tek gözenekli bir numune farklı yüksekliklerde aynı nihai yüksekliği ile yoğunlaştırılmış gözenekli numune neden olabilir belirtir Aynı sonuçta elde edilen gözeneklilik.

Yoğunlaştırılması derecesini kontrol ederek, yoğunlaştırılmış gözenekli iskeleleri kaplı biyomoleküllerin uzun süreli salınımı ile benzersiz mekanik davranışı. Son porozite ve gözenek boyutu: uygulanan gerilme gözenekli Ti iskelelerinin iki önemli parametre değiştirir. Alt gözenekli gözenekli iskeleleri yüksek sertlik ve gücünü gösterir. Daha önceki çalışmada, bu çalışmada gerilme-deformasyon ticari yoğun Ti ile karşılaştırıldığında gözenekli Ti (Tablo 4) yanı sıra önemli ölçüde azaltılmış sertlik kıyasla geliştirilmiş gücü ile yoğunlaştırılmış gözenekli iskeleleri davranışını. 26 rapor, biz de inci gözlenenŞekil 4'te gösterildiği gibi, GFP-kaplama tabakasının görüntülenmiştir saptanması yoluyla Ti yoğun ve gözenekli hem kıyasla yoğunlaştırılmış gözenekli Ti e salım davranışı. sonucu yoğunlaştırılmış gözenekli iskeleleri önemli ölçüde serbest bırakma davranışı iyileşmiş sahiptirler 26 olan bizim önceki çalışmada, ile tutarlı azalmış gözenek boyutları ile iskelelerinin artan torturosity nedeniyle en fazla dört ay bırakma süresini uzatan kaplanmış malzemelerin. Mevcut 30 günlük bırakma deney açık bir şekilde, yoğun ya da gözenekli Ti yüzeyler ya da üzerinde hiçbir GFP kalıntısı aksine yoğunlaştırılmış gözenekli Ti yüzeyi üzerinde geride kalan GFP gösterir.

Son olarak, yoğunlaştırma yöntemi, iç ve dış parçaları farklı gözenekler içinde işlevsel kademeli gözenekli iskeleleri üretimi uygulanmıştır. Şekil 5 'de gösterildiği gibi, silindirik yapı iskelesi için, iç ve dış parça z yükseklikleri farklılaşan kolay kademeli gözenekli iskeleleri yol açabilir. Şekil 5B'de gösterildiği gözenekli Ti iskele iç kısmında ortaya çıkan gerilme (ε zz) hiçbir gerilim dış kısmına uygulanmıştır ise,% 57 ~ nihai gözeneklilik sağladığını, 0.27 idi. Diğer taraftan, Şekil 5B'de, gözenekli Ti iskele dış kısmına uygulanan gerinme (ε zz) iç kısmı neredeyse sağlam iken, ilk gözeneklilik muhafaza, ~% 45 nihai gözeneklilik sonuçlanan, ~ 0.33 idi (Tablo 3). Ancak, derecelendirilmiş gözenekli iskeleleri için iki önemli zorluklar bu deneyden gözlendi. Birincisi, sürekli iç ve dış kısımları tutarsız stres ve iskele içinde gerilme dağılımı kaynaklı; üst ve alt yüzeylerde etrafında bölgeler iç yüzeyi etrafında daha yoğun nerede böylece, yoğunlaştırma, homojen olmayan oluştu. İki bölümden yükseklik farkı arttıkça bu eğilim kritik oldu. Ayrıca, kademeli poroBize iç kısmının yoğunlaştırılması, iki parça içindeki homojen olmayan deformasyon ile sonuçlanmıştır dış kısmı ile sınırlı olan, yapılmalıdır, çünkü daha sık dış kısmı ile yapı iskelesine daha üretilmesi daha zor, daha yoğun bir iç bölümü ile scaffold. Dereceli skafoldun homojen olmayan yoğunlaştırılması gidermek için, yoğunlaştırma işlemi sırasında monte edilebilir iki ayrı parçalar geliştirilmiştir. Bu yazıda, optimum durum henüz tam olarak bulunamadı mükemmel imal dereceli gözenekli yapıyı üretmek için olsa da, kademeli yapının üretimi için yoğunlaştırma işlemi potansiyeli de teyit edildi. Kademeli gözenekli yapısı optimize edilmiş üretim yöntemi devam eden ve daha fazla çalışma olarak, kademeli yapıya seçici ilaç yükleme iskelesi fonksiyonel bırakma davranışı için araştırılacaktır.

Bu çalışmada önerilen yaklaşımın avantajları 1) daha iyi mec dahilİyi gücü ve daha iyi biyolojik performans için 2) uzun süreli biyo-biyolojik dokularla hanical uyumluluğu. Ancak, büyük dezavantajlarından biri, daha iyi bir kemik-implant arayüzü için metalik iskelelerinin gözenek ağı ile kemik büyümesini teşvik edemez azaltılmış gözenek büyüklüğüdür. Gözenekli ve yoğun parçalar bir arada olan bu sorunu, kademeli gözenek yapıları öne sürülmüştür, gidermek için; Yoğun parçalar mekanik dayanıklılık ve uzun süreli biyoaktivitesini sunarken böylece gözenekli parçalar, kemik büyümesini sağlar. Bu nedenle, çeşitli yapısal tasarımları ile fonksiyonel aşamalı Ti implantlar kemik entegrasyonu gelişmiş yeteneği odaklanarak, özellikle fabrikasyon ve test edilecektir. Ayrıca, başka bir sınırlama karmaşık geometriye sahip implantların imalatı olmalıdır. Karmaşık şekilli bir implantın (örneğin, femoral koni augment) elde etmek amacıyla, ek bir işleme süreci ile ilgili iki büyük dezavantajı empoze, yoğunlaştırma sonrası gereklidirNihai ürün: gözenekli Ti bloğunun önemli hacim genellikle işlem sırasında kaldırılır, çünkü verimsiz ve ekonomik olmayan malzeme kullanımı ve işleme sürecinde potansiyel kirlenme ve kaplamalı biyomoleküllerin kaybı. Karmaşık geometriye sahip gözenekli Ti iskelelerinin fabrikasyon sürecine İyileştirme devam etmektedir. Yoğunlaştırılmış gözenekli metal iskeleleri dökme ya da gözenekli ya metalik implantlar yerine örneğin çeşitli ortopedik uygulama, yapay disk değişimi uygulanır ve bir yük desteği gibi bir ilaç taşıyıcı olarak hareket edilebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Titanium powder Alfa Aesar #42624 -325 mesh, 99.5% (metals basis)
Camphene SigmaAldrich #456055 95%, C10H16
KD-4 Croda ­ Hypermer, polymeric dispersant
Phosphate Buffer Solution (PBS) Welgene ML 008-01 ­
Green Fluorescent Protein (GFP) Genoss Co. - >98% purity, 1 mg/ml
Ball mill oven SAMHENUG ENERGY SH-BDO150 ­
Freeze dryer Ilshin Lab. PVTFD50A ­
Cold isostatic pressing (CIP) machine SONGWON SYSTEMS CIP 42260 ­
Vaccum furnace JEONG MIN INDUSTRIAL JM-HP20 ­
electical chaege machine FANUC robocut 0iB External use
Press machine CG&S AJP-200 ­
Confocal laser scanning spectroscopy (CLSM) Olympus FluoView FV1000 External use

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Cite this Article

Jung, H. D., Lee, H., Kim, H. E., Koh, Y. H., Song, J. Fabrication of Mechanically Tunable and Bioactive Metal Scaffolds for Biomedical Applications. J. Vis. Exp. (106), e53279, doi:10.3791/53279 (2015).More

Jung, H. D., Lee, H., Kim, H. E., Koh, Y. H., Song, J. Fabrication of Mechanically Tunable and Bioactive Metal Scaffolds for Biomedical Applications. J. Vis. Exp. (106), e53279, doi:10.3791/53279 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter