Ortopedik Uygulamalar-Bölüm 1 için Nanoyapılı Cam Seramik Kaplamalar

Ortopedik uygulamalar için nanoyapılı cam seramik kaplamalar

Guocheng Wang1, Zufu Lu 1 , Xuanyong Liu 2 , Xiaming Zhou 2 ,

Chuanxian Ding 2 ve Hala Zreiqat 1 , *

1 Biyomateryaller ve Doku Mühendisliği Araştırma Birimi, AMME Okulu,

Sydney Üniversitesi, Sydney 2006, Avustralya

2 Şanghay Seramik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi, Şangay 200050,

Çin Halk Cumhuriyeti


Cam-seramikleri, biyomedikal alanda çok dikkat çekmişlerdir, çünkü bunlar, mukavemet, bozunma oranı ve ısıl genleşme katsayısı da dahil olmak üzere, işlem sonrası işlemlerle özelliklerini manipüle etmek için büyük olanaklar sağlamaktadır. Bu çalışmada, geleneksel tozlar kullanılarak bir plazma püskürtme tekniği ile nanoyapılara sahip olan serttonit (HT; Ca2ZnSi2O7) ve sfen (SP; CaTiSiO5) cam-seramik kaplamalar hazırlanmıştır. HT ve SP kaplamaları için bağlanma kuvveti ve Vickers sertliği, plazma püskürtmeli hidroksiapatit kaplamalar için rapor edilen değerlerden daha yüksektir. Her iki kaplama türü de, biyoaktif kalsiyum (Ca) ve silikon (Si) iyonlarını çevreleyen ortama bırakmaktadır. Hücre barındırmayan kültür ortamındaki mineralizasyon testi, 5 saat sonra HT kaplamalarında birçok mantar benzeri Ca ve fosfor bileşiğinin oluştuğunu ve yüksek hücre-hücre cevherleşme kabiliyetini gösterdiğini göstermiştir. Birincil insan osteoblastları, her iki tipte kaplamaya iyi yapışır, yayılır ve çoğalır. HT kaplamalarında, HT kaplamalarından salınan çinko iyonlarına bağlı olarak, SP kaplamaları ve kaplanmamış Ti-6Al-4V alaşımından daha yüksek proliferasyon oranı gözlenmiştir. Kaplamalardan salınan Ca ve Si'den dolayı Ti-6Al-4V alaşımına kıyasla her iki tipte de, Runx2, osteopontin ve tip I kollajen'in daha yüksek ifade seviyeleri gözlenmiştir. Bu çalışmanın sonuçları ortopedik uygulamalar için HT ve SP kaplamalarının potansiyel kullanımını işaret etmektedir.

Anahtar Kelimeler: plazma spreyi; ortopedik; titanyum alaşımı ; nanoyapı, osteojenik genler; cam-seramik


  1. GİRİŞ

Titanyum alaşımı (Ti-6Al-4V) , mükemmel mekanik özellikleri nedeniyle yapay kalça eklemleri, kemik plakaları ve dental implantlar dahil olmak üzere ortopedik uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır [1]. Bununla birlikte, Ti-6Al-4V implantlarının temel dezavantajı, protezlerin stabilitesini tehlikeye sokan ve cihazların erken bozulmasına neden olan biyoinertitesinden dolayı implant-kemik arayüzünde yoğun fibröz doku oluşmasıdır [2]. Kaplama, biyoaktif bir kaplamaya sahip Ti-6Al-4V implantları , bu problemi çözmek için etkili bir yoldur, çünkü kaplama, kemik-implant ara yüzeyinde yeni kemik oluşumunu hızlandırabilir ve bu da çevredeki kemik dokusunda cihaz malzemesinin güçlü bir şekilde sabitlenmesini sağlar ve böylece İmplantların ömrünü uzatmak. Sol-jel, plazma spreyi, biyomimetik çökeltme, darbeli lazer birikimi ve iyon ışın teknikleri gibi çeşitli yüzey modifikasyon teknikleri kullanılmıştır [3]. Plazma spreyi, yüksek biriktirme oranı, kalın tortu, düşük sermaye ve işletme maliyeti [4] ve plazma spreyli kaplamaların pürüzlü yüzeylerinin kemik fiksasyonu için elverişli olmasıyla birlikte, en köklü ticari tekniktir [4]. 5]. Plazma-püskürtülen hidroksiapatit (HAp) kaplamaları ticarileştirilmiş ve insan kemikleri inorganik bileşenine HAp'nin kimyasal benzerliğinden dolayı kalça eklem replasmanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, HAp kaplama ile ilgili temel endişe, termal genleşme katsayılarının uyumsuzluğundan kaynaklanan, alttaki Ti-6Al- 4V'ye olan düşük bağlanma mukavemeti, kaplamaların delaminasyon riskini arttıracaktır. Bir kez delaminasyon meydana geldiğinde, kaplamaların fragmanları inflamasyonu ve sonuçta ortaya çıkan osteolizi destekleyerek Ti-6Al-4V implantlarının uzun süreli stabilitesini tehlikeye sokacaktır [6].

Alternatif bir yöntem, implantları, biyoaktivitesi in vitro [7-11] ve in vivo [12,13] iyi bir şekilde belgelendirilmiş olan CaO-Si02 bazlı biyo-cam ile kaplamaktır. Bununla birlikte, çoğu plazma-püskürtmeli biyogaz kaplamaları, alaşımınkine kıyasla daha yüksek ısıl genleşme katsayısından (14–15 × 10 -6 K- 1 [14]) kaynaklanan Ti-6Al-4V alaşımı ile zayıf ara -yüze yapıştırmalarından dolayı başarısız olmaktadırlar. 8.4–8.8 × 10 -6 K- 1 [15]) [16]. Yüksek degradasyon oranı, biyoglassı implant kaplamaları olarak kullanmak için başka bir bariyerdir. Bununla birlikte, kalsiyum (Ca) ve silikon (Si) iyonlarının salınmasının osteoblast bağlanmasını, proliferasyonunu ve farklılaşmasını arttırdığı bilinmektedir [17-20] ve kemik oluşumunu arttırır [11,21]. Bu nedenle, Ca + SiO2 esaslı kaplamaların, kaplamaların uzun süreli stabilitesini tehlikeye atmayacak şekilde sınırlı bir Ca ve Si iyonları salımıyla tasarlanması, artırılmış biyoaktivite ile kaplamalara yol açacaktır. Önceki çalışmamızda, hardistonit (HT) veya sfenenin olduğunu bildirdik

Sırasıyla ZnO [22] veya TiO2 [23] ilavesiyle üretilen (SP) seramikler, CaO-SiO2 sistemine, CaSiO3 seramiklerine kıyasla daha iyi kimyasal stabiliteye sahiptir. Ek olarak, bunların termal genleşme katsayıları (HT için [24] 11.2 × 10 -6 K- 1 ; SP için [6] 6 × 10 -6 K- 1 ) Ti-6Al-4V alaşımlarına daha yakındır. Bağlanma gücü elde edilmelidir. Bu nedenle HT ve SP'nin ortopedik uygulamalar için uygun aday kaplamalar olabileceğini akla getirmek mümkündür.


******devam edecek******