文摘gydF4y2Ba
生物活性硅酸盐玻璃支架是robocasting过程制造的,所有的打印头的运动被编译脚本编程(文本文件)。可打印墨水制成的玻璃粉末和普朗尼克f - 127,作为粘合剂,挤压获得大孔网状三维结构的支架。支架结构由扫描电子显微镜和microtomographic分析调查,使量化的微观结构参数(孔隙大小150 - 180gydF4y2BaμgydF4y2Ba300 m和杆直径gydF4y2BaμgydF4y2Ba米)。体外测试在模拟体液(SBF)证实了apatite-forming能力(即。支架的生物活性)。抗压强度(应该是支架大约10 MPa)逐步减少在沉浸在SBF 4周后(3.3 MPa)但仍接受骨修复应用程序。综上所述,这些研究结果(足够的孔隙率和机械强度以及生物活性)支持的潜在适用性支架准备骨替换。gydF4y2Ba
1。介绍gydF4y2Ba
骨替换和中型缺陷严重,造成伤害,退化性疾病,肿瘤切除,仍被认为是主要的临床挑战之一。因此,有相当大的需求增加骨移植在过去年gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。自体骨仍被视为“黄金标准”在实现骨移植过程主要是由于其良好的生物相容性,但需要克服与组织相关的限制可用性和施主能级发病率是驾驶人员对其他选项。异体移植和异种移植在一个几乎无限数量但可以携带疾病传播的风险,往往再吸收更快地与宿主骨愈合率,并可能被拒绝的病人由于道德或宗教问题[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。因此,许多工作已经在过去二十年的发展策划组织由生物反应器(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)以及合成骨移植展示综合分析,论述和成骨特性gydF4y2Ba4gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
到目前为止,在所有可用的合成材料的生产中使用骨移植(即。、聚合物、陶瓷、复合材料(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba无疑]),生物活性玻璃(BGs)显示极具吸引力的属性作为基本材料制造的三维(3 d)根据骨组织工程支架(耳背式)策略gydF4y2Ba8gydF4y2Ba,gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。英国地质调查局的适用性依靠其独特的能力来创建一个稳定的料装置接口通过诱导形成的羟基磷灰石(HA)层表面,促进成骨由osteoprogenitor细胞因子的表达gydF4y2Ba10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
当为耳背式设计支架,连通孔隙平均直径≥100gydF4y2BaµgydF4y2Bam和开孔率≥50卷。%被认为是最低要求有适当的组织的生成和细胞迁移在移植材料(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。此外,实现一个合适的机械设备的响应是必要的为了保证结构完整性和足够的支持在整个治疗过程持续时间(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。不幸的是,几乎所有的传统制造工艺,深受他处(gydF4y2Ba16gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba18gydF4y2Ba),不允许实现准确控制等参数。gydF4y2Ba
implant-manufacturing过程的安全性和可靠性代表道德责任在健康科学,方法复杂的几何形状和不同的生产设备是强烈要求。因此,从早期的80年代,固体成形技术(设定触发器)技术,也称为加法制造(AM)技术,得到了越来越多的科学兴趣,因为可能很容易定制设备属性通过作用于工艺参数(gydF4y2Ba19gydF4y2Ba,gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。事实上,这些技术都是基于自底向上的方法,对象产生一层一层地从计算机辅助设计(CAD)文件(。stl文件)或文本脚本(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。所有这些方面都是特别感兴趣的在耳背式获取定制的设备是主要目的gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。高控制孔隙度、孔隙大小和interpore互连实际上可以通过相对简单的设定触发器过程。这些技术也承诺对大规模生产,高重现性的设备是必需的。gydF4y2Ba
此外,高控制脚手架体系结构可以调整机械响应的设备在设计阶段gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。在这方面,应该指出,抗压强度和弹性模量的骨头应该匹配的脚手架。这些参数取决于挤压材料特性和支架孔隙/支撑结构。gydF4y2Ba
一些设定触发器技术已经被用于耳背式脚手架制造,包括3 d印刷(3 dp)、熔融沉积成型(FDM),喷墨印刷、有限元(SL)和选择性激光烧结(SLS) [gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。然而,很少的信息可在文献中通过设定触发器技术对生物活性玻璃的处理。也许,robocasting是最常见的和强大的直接墨水的应用技术的处理玻璃和微晶玻璃支架。这项技术是基于连续挤压的灯丝(油墨)从机器控制的喷嘴到建设平台gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。墨水是泥浆,组成的玻璃或陶瓷粒子和聚合物粘合剂形成胶态悬浮体,具有定义良好的流变性质(gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。通常,这个过程不需要高浓度的粘结剂的使用,使烧结零件在短时间内获得(gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。普朗尼克f - 127的三个最常用的粘结剂robocasting在骨的应用程序(gydF4y2Ba24gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba26gydF4y2Ba)和乙基纤维素/聚乙二醇和羧甲基纤维素gydF4y2Ba27gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
Robocast bioceramic支架生产首次在2010年佛朗哥et al .,他开发了一种含有钙磷酸盐(HA和hydrogel-based墨水gydF4y2BaβgydF4y2Batcp) [gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]。自那时以来,商业45 s5生物玻璃®和13 - 93玻璃被几个研究小组由robocasting处理。2013年,刘等人使用机械沉积产生13 - 93玻璃网状组织支架和47卷。%孔隙度和300gydF4y2BaµgydF4y2Ba米孔宽度。弯曲和压缩机械测试之前和之后进行生物活性测试在模拟体液(SBF)和体内试验大鼠皮下模型。发现抗压强度降低后都沉浸在SBF和体内植入2周。此外,从脆性转变为弹塑性反应是观察2 -和四周后植入体内,从而证明这些设备及其适用性的骨突行为在承载应用程序(gydF4y2Ba26gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
2014年,全玻璃45 s5生物玻璃®的支架与相互联系的孔隙度从60到80卷。%成功产生了第一次。所有的支架显示抗压强度与骨小梁的2 - 13 (MPa),即使烧结结晶温度(以下gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
最近,45 s5生物玻璃®的支架强化了HA / PCL纳米复合涂料是通过Motealleh et al。gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba),有趣的是研究不同后处理的影响热疗法对支架力学响应。CAD-derived原始架构成功保留在烧结非晶态和高度固定支架,与抗压强度的2 MPa和11 MPa,分别,这绝对是在骨小梁的范围。gydF4y2Ba
在最近的一项研究中,功能梯度多孔设备获得的成功Mattioli-Belmonte et al。gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba)曾robocasting系统,称为pressure-assisted微量调节注射器(PAM),生产生物活性玻璃/聚(lactic-co-glycolic酸)(PLGA)二维多孔结构的特点是一个定义良好的拓扑。层被组装为了获得一个3 d骨突支架(gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba]。这是证明了弹性模量与松质骨,观察人类骨膜前驱细胞和成骨细胞的分化,显示了骨组织工程应用的巨大希望。gydF4y2Ba
在目前的工作,高度生物活性骨再生的和完全非晶态栅格支架由robocasting使用six-oxide硅酸盐玻璃作为基本材料墨水配方。目的是证明可以获得3 d结构与合适的孔隙度一个非常简单的方法,避免了利用超细粉末,薄喷嘴,和复杂的墨水准备。gydF4y2Ba
2。材料和方法gydF4y2Ba
2.1。玻璃制备gydF4y2Ba
基本的材料用于生产支架是硅酸盐玻璃(作文47.5 siogydF4y2Ba2gydF4y2Ba-10 nagydF4y2Ba2gydF4y2BaO-10KgydF4y2Ba2gydF4y2Bao - 10分别以20 - cao - 2.5 - pgydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba5gydF4y2Bamol. %)最初由凡尔纳et al。gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]在Politecnico di都灵。这种玻璃,称为47.5 b,是由一个标准铂坩埚熔融法。原始的前体(SiOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba,NagydF4y2Ba2gydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3gydF4y2BaKgydF4y2Ba2gydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3gydF4y2Ba(MgCOgydF4y2Ba3gydF4y2Ba)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba·毫克(哦)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba·5 hgydF4y2Ba2gydF4y2BaO, CaCOgydF4y2Ba3gydF4y2Ba,CagydF4y2Ba3gydF4y2Ba(POgydF4y2Ba4gydF4y2Ba)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba高纯度粉购自Sigma-Aldrich)均匀混合在坩埚和融化在空气中30分钟的1500°C。熔体淬火在去离子水产生熔块,球磨(Pulverisette 0,弗里奇、德国)和已筛获得最后一个粒子低于32gydF4y2BaμgydF4y2Ba通过使用不锈钢筛(朱利安尼Technologie Srl;网32gydF4y2BaμgydF4y2Ba米)。gydF4y2Ba
2.2。支架由Robocasting制造gydF4y2Ba
47.5 b的玻璃被认为是非常适合生产完全不确定和因此高度bioactive-porous支架由于其大结晶(热加工范围(区别gydF4y2BaTgydF4y2BaxgydF4y2Ba)和玻璃化转变温度(gydF4y2BaTgydF4y2BaggydF4y2Ba),gydF4y2BaTgydF4y2BaxgydF4y2Ba−gydF4y2BaTgydF4y2BaggydF4y2Ba= 260°C),决定在先前的研究gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
普朗尼克f - 127 (Sigma-Aldrich)被用作粘结剂制备的玻璃油墨。墨水配方进行优化所涉及到的一些初步试验和添加35卷。%的玻璃剔透的水基溶液含有27.5 wt。%的普朗尼克f - 127。添加玻璃之前,普朗尼克f - 127的解决方案是激起了一夜,在冰浴中保持着低温粘合剂的热敏的行为。glass-containing墨水是通过使用一个旋涡混合器混合1分钟(Ika-Werk瓶、类型Vibrofix VF1电子)在2500 rpm和冰浴冷却1分钟。五mixing-cooling周期进行,允许实现良好的玻璃颗粒分散。gydF4y2Ba
塑料盒连接到robocasting机(奥兰多3 dn-tabletop nScrypt Inc .)、美国)充满了墨水,是印刷之前离开稳定1 h。唯一的运动,是可以印刷塔是沿着(垂直)gydF4y2BazgydF4y2Ba设在,立场决定印刷高度。410年塑料头的内径gydF4y2BaμgydF4y2Ba米诺信使用EFD最佳®SmoothFlow™)是用于挤出墨水。下的板喷嘴是移动的gydF4y2Bax - ygydF4y2Ba飞机对印刷塔,墨水挤压根据正确的模式。印刷精度是10gydF4y2BaμgydF4y2Ba米沿着gydF4y2BaxgydF4y2Ba- - -gydF4y2Bay -gydF4y2Ba轴约5gydF4y2BaμgydF4y2Ba米沿着gydF4y2BazgydF4y2Ba设在(gydF4y2Ba33gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
醋酸表(彩色复印机和激光透明形成薄膜,Folex AG) Seewen,瑞士)被用作印刷基板由于其平面度,好与墨水粘连,从容分离支架从他们一旦干(gydF4y2Ba34gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
一旦弹药装载并且安装到位和醋酸表放置在平台上,加工参数调整使用软件(MachineTools 3.0)由nScrypt提供。所需的结构是通过编程得到每一个运动,打印头必须做的gydF4y2BaxgydF4y2Ba- - - - - -,gydF4y2BaygydF4y2Ba- - - - - -,gydF4y2BazgydF4y2Ba通过编译脚本设计相互重合,写成一个文本文件。印刷速度是2毫米/秒,油墨用于挤压的压力是在1.24 - -1.51范围栏;光栅模式如图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
Robocast 47.5 b支架是多孔长方体(长度=宽度= 7.5毫米)的网状结构并进行了20玻璃层(身高约4.5毫米)。一旦印刷完成后,支架48 h在空气中晾干,最后脱离醋酸表。多步热处理(三个阶段在200、400和500°C的30分钟每个后跟一个最后阶段在600°C 1 h;升温速率1°C / min)最终被允许执行的有机粘结剂和玻璃的烧结颗粒。只有最后的热处理,在温度高于执行gydF4y2BaTgydF4y2BaggydF4y2Ba,导致玻璃烧结,其余的是粘结剂烧熔过程的一部分,这是缓慢进行,确保任何有机残留物的完全删除,避免因突然收缩开裂现象。gydF4y2Ba
2.3。特征gydF4y2Ba
2.3.1。x射线衍射gydF4y2Ba
淬火状态的玻璃和烧结支架(被压成粉末后)进行了广角x射线衍射(XRD);2gydF4y2BaθgydF4y2Ba在20 - 70°)检测晶相的存在。一个X 'Pert Pro PW3040/60衍射仪(PANalytical、埃因霍温、荷兰)使用;实验装置包括工作电压40 kV,灯丝电流30 mA, Bragg-Brentano相机几何与铜KgydF4y2BaαgydF4y2Ba入射辐射波长(gydF4y2BaλgydF4y2Ba= 0.15405海里),步长0.02°,固定每个步骤1的计算时间。gydF4y2Ba
2.3.2。体外生物活性gydF4y2Ba
robocast支架的生物活性,HA形成和离子释放出体外,是由适当调整测试过程提出的梅肯et al。gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]。一式三份样品的实验涉及沉浸在Kokubo SBF [gydF4y2Ba36gydF4y2Ba)6、24、48、72、168和336 h。样品质量和SBF体积之间的比率在实验的开始是固定在1.5毫克/毫升。标本被放入一个轨道瓶孵化器(Bottmingen Multitron AJ 118 g,有限公司,瑞士)在37°C下恒速100 rpm。在每个时间点的解决方案进行了分析通过电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES) (5110 ICP-OES,安捷伦科技)为了评估溶液中离子的浓度。从溶液中提取后,样本轻轻清洗用蒸馏水和在室温下晾干过夜。结果表示为平均值±标准偏差。gydF4y2Ba
2.3.3。形态和孔隙度gydF4y2Ba
前后支架进行体外测试由场发射扫描电子显微镜(FE-SEM;上™40,蔡司、从、德国)配备一个能量色散谱(EDS)探测器为了评估pore-strut形态和表面的新阶段的形成SBF-treated样本。前标本与铬sputter-coated加速电压的分析和检查15千伏。gydF4y2Ba
支架是由大容量评估的总孔隙度测量gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba在哪里gydF4y2BaρgydF4y2Ba脚手架的表观密度和吗gydF4y2BaρgydF4y2Ba0gydF4y2Ba体积密度。孔隙度是表示为均值±标准差计算五个标本。gydF4y2Ba
ct机分析,样本x射线扫描在凤凰Nanotom年代在干燥状态机(通用电气测量和控制),110千伏的电压源和电流源的110gydF4y2BaµgydF4y2Ba答:不使用x射线过滤器。的扫描模式robocast 47.5 b前后支架沉浸在SBF报道在表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。平移运动补偿是为了保证一个完美的匹配0gydF4y2Ba°gydF4y2Ba和360°阴影图像。此后,投影图像被用来重建研究支架通过拉东变换(gydF4y2Ba37gydF4y2Ba,gydF4y2Ba38gydF4y2Ba)作为软件拿督algorithmized | x重建由制造商提供。VGStudio麦克斯从2.0体积图形采用视觉评估和详细测量支柱和孔隙尺寸和孔隙度的计算。一个自动校准程序集成到VGStudio马克斯2.0被用来定义材料边界。软件确定背景灰度值直方图的峰和物质峰和计算材料的灰度值边界。VGStudio马克斯2.0也用于出口DICOM格式图像栈。这种格式可以读入BoneJ插件gydF4y2Ba39gydF4y2Ba)下运行ImageJ软件包(版本1.51 t) (gydF4y2Ba40gydF4y2Ba]。BoneJ(版本1.4.2)被用来提取信息后一种方法用于骨的骨小梁体积、总量,小梁厚度和小梁间距(即。孔隙大小)决定(gydF4y2Ba41gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
2.3.4。机械特性gydF4y2Ba
支架的抗压强度体外测试之前和之后在SBF)(2和4周是评估通过使用MTS破碎测试机(模型43,MTS,明尼苏达州,美国;细胞负载5 kN十字头速度1毫米·分钟gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)。失败的压力计算之间的比率最大负载测试期间注册和卡钳的抗横截面积测量。抗压强度是表示为均值±标准差计算五为每个类型的标本。gydF4y2Ba
3所示。结果与讨论gydF4y2Ba
3.1。微观结构和形貌gydF4y2Ba
图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba显示了x射线衍射光谱的淬火状态的材料和烧结支架。正如所料,没有衍射峰可以检测到,但是只有一个广泛的无定形的光环在20到35°是可见的,这是典型的硅酸盐眼镜(红色模式)。没有材料微观结构变化显示热处理后在600°C,这表明47.5 b支架留在一个无定形状态(黑模式)。这是有益的生物活性,提出了一些研究报告,使不透明可以减少生物活性glass-derived apatite-forming能力的材料(gydF4y2Ba42gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
脚手架结构通过robocasting高度正则栅格排列的孔(图gydF4y2Ba3(一个)gydF4y2Ba)。struts(棒)仍然直接在烧结过程中,表现出一个相当普通的圆截面。孔隙度采用常规macrochannels,生成的两个垂直和水平,分离玻璃线和每个新并列的倾斜层对底层。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
(c)gydF4y2Ba
更准确的形态调查是由SEM,特别是为了理解烧结热处理期间达到的水平。支架展览well-densified struts(棒)的玻璃颗粒不再区分(图gydF4y2Ba3 (b)gydF4y2Ba)。高倍率分析表明,颗粒间的孔隙度几乎完全消失由于烧结和玻璃粒子融合在一起,还在接触邻棒(图gydF4y2Ba3 (c)gydF4y2Ba)。些小球形气孔源自气泡滞留在墨水也可以观察到。的横截面大小通道(100 - 200年gydF4y2BaμgydF4y2Ba米)可能是适合支持新骨形成。事实上,毛孔超过100gydF4y2BaμgydF4y2Ba米允许成骨细胞的细胞殖民和适当的血管化,从而避免低氧生长条件的骨头(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
支架的总孔隙度为42.5±4.5卷。%,这是接近最低阈值的可接受性推荐用于骨组织工程应用(约50卷% (gydF4y2Ba43gydF4y2Ba])。robocasting流程的进一步优化可以增加孔隙度而又不会影响结构的完整性。标准偏差的低价值体现了制造过程的再现性好。gydF4y2Ba
微ct重建二维部分支架图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
(c)gydF4y2Ba
pore-strut结构的层析图像显示良好的规律性和杆直径:可见的细丝的孔隙是由于气泡仍然裹入内的墨水。在某些情况下,这些空洞源于全层裂缝在纤维支架体积收缩的结果在烧结。微观结构参数的量化取得了以下结果:孔隙宽度180±25gydF4y2BaμgydF4y2Ba147±19米,孔隙高度gydF4y2BaμgydF4y2Bam,支柱直径300±10gydF4y2BaμgydF4y2Bam。这些研究结果是一致的与扫描电镜观察;标准偏差的低价值确认好robocasting过程的再现性。gydF4y2Ba
轻微弯曲棒的支架结构在图可见gydF4y2Ba4(一)gydF4y2Ba。这可能是由于(我)墨水的轻微弯曲细丝在烧结前自己的体重和(2)在烧结收缩的现象发生。gydF4y2Ba
三维重建整个脚手架的体积也显示在图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
3.2。体外生物活性gydF4y2Ba
对骨修复生物材料的定义是“生物活性”如果HA沉淀到其表面一旦植入活体内或在沉浸在模拟体内环境的解决方案(体外)gydF4y2Ba44gydF4y2Ba]。XRD分析样品浸泡在SBF不同时间框架实际上揭示了HA支架表面(图的形成gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
具体来说,有一个逐步消失的无定形光环的典型玻璃和HA的外观特征衍射峰。公顷(PDF代码的两个主要的山峰。01-073-1731)发现,最高为31.79°(对应于(2 1 1)反射),另一个为25.68°((0 0 2)反射)。这些山峰不是尖锐的,外表非常广泛,表明HA支架杆上形成纳米晶体性质。gydF4y2Ba
更好的理解47.5 b支架的体外生物活性机制获得了表演形态和成分分析通过SEM和EDS辅助微ct成像。因此,它是可能遵循逐步进化的支架表面,包括硅胶的形成、无定形磷酸钙的沉淀层,和HA晶体的成核和生长,根据提出的生物活性机制Hench [gydF4y2Ba45gydF4y2Ba]。6小时后,可以看到硅胶的形成(典型的表面裂缝层图gydF4y2Ba7(一)gydF4y2Ba),并在24 h,小磷酸钙细胞核可见亮珠表面的潜在的凝胶(图gydF4y2Ba7 (b)gydF4y2Ba)。这一层进化形成的针状的HA晶体生长和连接在一起形成大的球状晶体“菜花形态”,这是典型的骨突公顷(数字gydF4y2Ba7 (c)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba7 (e)gydF4y2Ba)。1周后,支架struts是厚的比未经处理的支架,由哈球状聚合。2周后,没有观察到显著增厚支架棒,表明HA支架的超然的过程可能会发生。这是证明的事实HA晶体检测到支架壁小覆盖了1周的标本相比,可以看到在图gydF4y2Ba7 (d)gydF4y2Ba。Ca-to-P原子比例随浸泡时间从0.46 1.47 24 h 2周。Ca-to-P比率的实验仍低,化学计量的价值公顷(Ca / P = 1.67),揭示Ca-deficient公顷的存在作为其他生物活性玻璃成分(之前已经观察到的gydF4y2Ba46gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba48gydF4y2Ba]。然而,随着毫克gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba离子被释放在沉浸在SBF从玻璃表面,少量的Ca在HA取代了毫克,成分分析证实了。因此,大量的二价阳离子之间的原子比例和磷(Ca + Mg) / P收益率1.64,这是接近化学计量的Ca / P值哈。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
(c)gydF4y2Ba
(d)gydF4y2Ba
(e)gydF4y2Ba
2周后的ct机支架结构的分析在SBF强调不同的反应层的存在产生的棒生物活性机制(图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
一些棒明显表现出厚的硅胶层(灰色色调)薄转换外层的HA(白色色调)。其他struts,主要是在外围脚手架、现在很厚HA涂层和核心转换为硅胶。第三种类型的棒是由骨小梁在支架的中心几乎是修改的。HA和生物活性玻璃,密度高于硅胶,突出显示在图gydF4y2Ba8 (b)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
玻璃表面的离子被释放在反应阶段的生物活性机制;因此,可以获得一些额外的信息关于这个过程通过监测离子浓度的演变在SBF解散测试。事实上,它曾表明,更大的离子浓度的变化可以更高的生物活性有关gydF4y2Ba49gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
硅浓度在第一周(图稳步增加gydF4y2Ba9gydF4y2Ba),当玻璃转化为硅胶释放可溶性硅(哦)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,在1周后达到平衡HA层的形成。同时,也显示出了类似的趋势1周内钙离子,但没有达到高原。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
(c)gydF4y2Ba
(d)gydF4y2Ba
(e)gydF4y2Ba
(f)gydF4y2Ba
磷的趋势表明磷酸盐离子的封存的解决方案,这意味着钙磷酸盐和然后HA-precipitates整个浸泡时间。这是在良好的协议与扫描电镜和微ct观察(数字gydF4y2Ba6gydF4y2Ba和gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)。镁和钾离子的趋势是按照硅浓度的演变在第一周,确认玻璃的逐步解体。然而,虽然硅浓度达到高原1周后,镁和钾的浓度在SBF仍然倾向于增加在整个测试周期。硅离子浓度的演变,Ca, P是与之前的研究结果相一致的解散生物活性硅酸眼镜(gydF4y2Ba50gydF4y2Ba]。钠的释放并不是报道因为其浓度,极高的SBF溶液内,过饱和的探测器。gydF4y2Ba
溶液的pH值也在测试期间监测其变化密切相关的离子交换玻璃和SBF之间。pH值,如图gydF4y2Ba9gydF4y2Ba呈现出一个快速增加在第一个24小时,然后pH值的增长放缓。这是符合样品的形态观察:由于pH值修改之间的离子交换玻璃和解决方案,一旦HA层开始形成和限制glass-SBF交互,离子交换率降低。gydF4y2Ba
3.3。机械强度gydF4y2Ba
像印制的支架的抗压强度是5.6 - -16.5 MPa范围内(9.9±4.6 MPa),这是比较典型的范围评估人类松质骨(2 - MPa [gydF4y2Ba51gydF4y2Ba])。未来优化支架制造过程中可以减少高机械强度的变化。gydF4y2Ba
支架的力学性能最好与宿主骨,这是挑战尤其是在承载的应用程序。加法制造技术的出现披露引人入胜的场景在这方面。一项有趣的研究由Rainer et al。gydF4y2Ba52gydF4y2Ba)建立成功的基础实现支架的设计与微体系结构预测通过先验有限元分析(FEA)的植入网站在生理负载下几何。这种方法,称为load-adaptive脚手架一部分(拉萨),使用有限元分析获得的主应力方向在生理上派生的加载系统,可以很容易地耦合基于cad的制造技术。尽管拉萨目前有限的高分子材料的应用,扩展眼镜和陶瓷领域将是非常有益的耳背式支架。gydF4y2Ba
当支架植入一个承载网站,其主要功能是作为一个模板支持的新骨生长的周围组织,就像一个健康的骨骼。因此,支架的力学性能需要合适的植入的时候,而且,不应该减少恢复时间太快。支架的抗压强度降低在SBF浸泡时间增加(5.6±2.2 MPa后2周和4周后3.3±0.7 MPa)但仍然是典型的范围内骨小梁(2 - MPa [gydF4y2Ba51gydF4y2Ba])。这一趋势与结果报告的协议Motealleh et al。gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba)曾robocasting制造45 s5生物玻璃®支架与网状结构。gydF4y2Ba
4所示。结论gydF4y2Ba
生物活性玻璃支架是通过一个相对简单的robocasting过程不需要使用超细玻璃粉末,很薄的喷嘴,和一个复杂的实验装置,通常在文献报道中所需的流程。这个过程允许制造大孔支架与well-reproducible微观结构特性,如孔隙大小和杆直径。支架的抗压强度,仍与松质骨的即使长时间沉浸在SBF和离子溶解现象,结合一个明确apatite-forming能力支持的潜在适用性骨修复材料的应用。gydF4y2Ba
数据可用性gydF4y2Ba
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。gydF4y2Ba
的利益冲突gydF4y2Ba
作者宣称没有利益冲突有关的出版。gydF4y2Ba
确认gydF4y2Ba
艾米Nommeots-Nomm被公认为执行与robocasting ICP分析和帮助。芬兰是学院承认金融支持的JM通过学院研究员格兰特。gydF4y2Ba