Pwogrè rechèch sou aplikasyon an nan materyèl alyaj Titàn nan òtopedik
Titàn alyajte vin tounen yon materyèl souvan itilize nan pratik klinik òtopedik (tankou plak asye fiks entèn ak jwenti atifisyèl) akòz ekselan pwopriyete mekanik li yo ak kapasite osteogenic, men li gen limit tankou inertness metal ak lage ion. Nouvo alyaj Titàn la optimize pwopriyete fizikochimik ak byolojik atravè syans materyèl. Atik sa a revize pwogrè rechèch la nan aplikasyon òtopedik epi li bay referans pou devlopman nan jaden an.
Materyèl enplantasyon òtopedik yo se sitou metal, ki gen ladan Nerjaveèi, Cobalt ak alyaj li yo, Titàn ak alyaj li yo, elatriye. Nan dènye ane yo, anpil entelektyèl te fè rechèch an pwofondè sou metòd pwosesis ak fabrikasyon, modifikasyon sifas, gwosè pò ak porosite nan alyaj Titàn, vize rezoud pwoblèm yo nan modil elastik segondè, inertness sifas ak lage iyon metal fè fas a pa alyaj Titàn nan aplikasyon klinik. Etid sa yo pa pral sèlman ede amelyore efè aplikasyon byolojik alyaj Titàn, men tou, amelyore pwopriyete osteoentegrasyon, pwopriyete anti-bakteri ak pwopriyete sekirite nan vivo. Nan papye sa a, modifikasyon sifas ak modifikasyon, pwopriyete estriktirèl ak diferan kalite alyaj Titàn nan alyaj Titàn yo revize yon ti tan, yo nan lòd yo jwenn yon konpreyansyon pwofondè nan estati aktyèl la, avantaj ak dezavantaj nan alyaj Titàn nan aplikasyon byolojik, osi byen ke pwogrè rechèch yo ak direksyon devlopman nan lavni.
1. Estrikti nan zo ak avantaj ak dezavantaj nan alyaj Titàn
Zo gen yon estrikti kouch nan nivo makwoskopik, mikwoskopik ak nano echèl, ki gen tou de mineral òganik ak inòganik. Dapre estrikti ak dansite, li ka divize an zo trabekulè ak zo kortik. Trabecular zo konpoze de yon rezo ki mouye ak yon porosite 50% ~ 90% ak yon modil elastik nan 0.02 ~ 2 GPa, pandan y ap zo cortical solid, ak yon porosite nan 3% ~ 5% ak yon modil elastik nan 3 ~ 30 GPa. Zo a toujou ap chanje akòz presyon diferan yo aplike, kidonk nenpòt dezakò modil ant implant la ak zo a ka mennen nan resorption zo ki asosye ak lwa Wolff la. Enplantasyon òtopedik ideyal la ta dwe ankouraje rejenerasyon zo nan zòn ki domaje a pandan y ap restore fonksyon fizik zo a. An jeneral, yo ta dwe fèmen nan zo natirèl ak gouvène pa pwopriyete debaz sa yo:
(1) Biokonpatibilite;
(2) matche pwopriyete mekanik;
(3) Estrikti trè pore.
Anplis de sa, pwopriyete anti-bakteri yo enpòtan tou.
Nan òtopedik, enplantasyon Titàn yo itilize nan yon pakèt aplikasyon, ki gen ladan ranplasman pwotèz anch ak jenou pou tretman divès kalite atrit, aparèy fizyon epinyè pou asire estabilite vètebral dejeneratif ak enstab, ak divès kalite aparèy fiksasyon ka zo kase tankou plak metal, vis, ak klou medulèr. Kòm kantite pwosedi enplantasyon kontinye ap ogmante, pasyan yo fè fas a anpil risk tankou enfeksyon bakteri, osteoentegrasyon pòv, ak enflamasyon aseptik. Malgre ke alyaj Titàn yo li te ye pou ekselan byokonpatibilite yo ak rezistans korozyon, enpèfeksyon potansyèl yo pa ka inyore: premyèman, enplantasyon alyaj Titàn ki pa trete gen yon sifas byolojik inaktif, ki afekte entèraksyon yo ak òganis vivan; Dezyèmman, alyaj Titàn tèt li pa gen pwopriyete anti-bakteri; Twazyèmman, malgre bon byokonpatibilite li yo, yon fwa fim nan oksid sou sifas la domaje, iyon metal danjere yo ka lage nan san an, ki ka lakòz pwoblèm sante grav.
2. Sifas modifikasyon ak modifikasyon alyaj Titàn
Move gerizon zo bonè nan zo-koòdone enplantasyon an konsidere kòm youn nan kòz prensipal echèk apre operasyon an. Nan dènye ane yo, devlopman nan teknoloji modifikasyon sifas te bay nouvo lide pou rezoud pwoblèm ki anwo yo. Chèchè yo ajoute sèten sibstans sou sifas alyaj Titàn pou reyalize efè anti-enfeksyon, osteogenic, usure-rezistan, korozyon-rezistan ak efè anti-oksidasyon. Teknik modifikasyon sifas chimik yo enkli anodize, oksidasyon mikwo-ark, depozisyon elektwoforetik, depozisyon chimik vapè, chofaj alkali, ak depozisyon kouch atomik.
Lè yo fòme lyezon chimik, yo tache nouvo sibstans ki gen fòs lyezon fò. Anplis de sa, teknoloji modifikasyon sifas chimik yo te adapte ak enplantasyon ak fòm konplèks, ki gen gwo kandida aplikasyon nan modifikasyon nan alyaj enprime 3D Titàn. Kontrèman ak metòd chimik, teknoloji modifikasyon sifas fizik pa chanje pwopriyete chimik materyèl yo, men depann sou lazè, gwo -patikil enèji, ultrason ak lòt teknoloji pou modifye aparans sifas ak mòfoloji mikwoskopik alyaj Titàn.
Teknik sandblasting tradisyonèl yo ogmante brutality sifas alyaj Titàn, amelyore estabilite bonè implants yo. Lazè se yon teknoloji relativman nouvo ki chanje estrikti materyèl nan nivo nanomèt ak mikromèt. Brane⁃mark et al. te itilize teknoloji lazè pou modifye sifas implant la nan yon sit espesifik epi mete l nan tibya a ak femur, ak rezilta yo te montre ke teknik sa a amelyore ancrage nan koòdone nan zo-enplantasyon. Gittens et al. devlope yon metòd modifikasyon sifas yo pwodwi karakteristik nanokal sou plak Titàn, ki mennen nan diferansyasyon osteoblast amelyore. Estrikti Titàn ki mouye a te kouvwi ak jelatin multikouch ak chitosan ki gen pwoteyin morfogenetik zo oswa vancomycin, ki te montre gwo aktivite antimikwòb kont bakteri planktonik ak aderan.
Pami divès kalite kouch sifas yo, plasma flite hydroxyapatite (HA) se pi lajman itilize akòz avantaj li yo tankou fasilite nan operasyon ak pri ki ba. Anplis de sa, oksidasyon mikwo-ark, tretman idrotèmal, depo elektwoforetik ak lòt teknoloji ka fòme avèk siksè kouch HA sou sifas Titàn pore. Etid yo te konpare Plasma flite HA kouch ak elektwochimik depoze HA kouch, ak rezilta yo montre ke lèt la gen pi wo sifas brutality ak mouillabilite.
Biokonpatibilite ka amelyore pa seramik kouch ak lòt oksid metal alkali. Urbanski et al. [18] kouvwi Ti6Al4V ak diyoksid Titàn ak silica epi li mete l nan femur rat yo, epi li te jwenn ke repons enflamatwa materyèl la te twò grav. Yon nouvo metòd se pou kouvri alyaj Titàn ak dechè agrikòl tankou sann diri, sann fèy kann, pistach ak mayi, paske materyèl sa yo gen gwo kantite oksid silica ak lòt nanopartikil oswa mikropartikil ki gen rapò. Metòd sa a yo te itilize nan bioglass ak seramik, kote diri yo itilize olye pou yo silica kòm yon kouch pou bioglass.
3. Karakteristik estriktirèl alyaj Titàn
Sifas la ki graj nan materyèl la atire plis selil enflamatwa yo konfòme yo, tankou makrofaj, ki se ke yo rekonèt kòm fenomèn nan "brute". Li te jwenn ke brutality an mwayèn nan materyèl la te 0.51 ~ 1.36μm, ki ta ka ankouraje polarizasyon nan macrophages aderan nan fenotip M2 la. Olivares-Navarrete et al. te jwenn ke Ti6Al4V sou yon sifas ki graj amelyore anviwònman enflamatwa lokal la konpare ak Ti6Al4V ak yon sifas ki lis, ak selil k ap grandi sou sifas li redwi nivo pro-enflamatwa interleukin. Se poutèt sa, alyaj Titàn ak sifas espesifik se pa sèlman fezab nan règleman an nan enflamasyon bonè pa macrophages, men tou, nan osteoentegrasyon nan etap nan pita.
Anplis brutality, lòt pwopriyete fizik sifas alyaj Titàn yo tou gen rapò ak kwasans zo, tankou mouillabilite, potansyèl zeta ak enèji sifas yo. Anplis de sa, kouch fosfat kalsyòm dope sou 3D enprime Titàn pore amelyore osteoentegrasyon bonè ak diminye tan gerizon an. Yon ekip rechèch te devlope yon modifikasyon pasivasyon ajan chimik ki oaza ankouraje adsorption pwoteyin ak kidonk amelyore adezyon osteoblast sou sifas Titàn, ki pa enplike fòme yon kouch byoaktif, men chanje kondisyon sifas yo fasilite biofixation ak diminye tan kwasans zo alantou implant Titàn.
Pwopriyete fizik ak chimik ak mòfoloji materyèl la afekte dirèkteman mouillabilite a, ki an vire kontwole adsorption biomolekil ak atachman selil. Hydrophilicity andigman diminye adezyon bakteri (pa febli fòs van der Waals), kidonk diminye risk pou enfeksyon implant ak ankouraje osteoentegrasyon bonè. Alyaj Titàn tradisyonèl yo gen tandans fè oklizyon estrès ak resorption zo akòz gwo modil elastik yo, epi li difisil pou repwodui estrikti nan kouch nan tisi zo yo. Materyèl pore Titàn diminye modil la atravè estrikti pò a ak amelyore efè ancrage ak èd kwasans zo. Teknik preparasyon li yo (egzanp, SINTERING, enprime 3D) ka jisteman kontwole gwosè pò a ak porosite nan porositë ki konekte.
Teknoloji enprime 3D gen avantaj doub sou manifakti tradisyonèl: matche mikwoskopik nan modil zo natirèl atravè porositë prereglaj pou diminye risk pou maske estrès ak detachman; Nan nivo makwoskopik, yo itilize CT eskanè pou reyalize doub mekanik ak mòfolojik defo nan zo konplèks.
Nouvo alyaj Titàn sintered pore a avèk siksè similye estrikti dezòd la ak modil elastik nan zo anile nan konsepsyon porosite 75%. Eksperyans nan vitro te montre ke estrikti sa a siyifikativman ankouraje adezyon ak pwopagasyon osteoblasts, ak pèfòmans osteointegration li yo te pi bon pase sa yo ki nan 3D enprime Titàn pore. Karakteristik estriktirèl li yo (gwosè pò, porosite, distribisyon espasyal, elatriye) afekte osteoentegrasyon atravè twa mekanis: (1) adaptasyon pwopriyete mekanik; (2) Konekte porositë pou ankouraje migrasyon selil progenitor zo yo; (3) Optimize transpò eleman nitritif/oksijèn ak enfiltrasyon vaskilè.
Gwosè pò ak porosite yo se paramèt regilasyon debaz yo: etid selektif lazè k ap fonn montre ke 632μm gwosè pò silendrik la pi fezab nan kwasans zo pase 309μm / 956μm, ak gwosè pò 801μm ka amelyore estabilite inisyal la. Papòt kritik la te montre ke <400 μm anpeche pénétration selilè, > 900 μm te lakòz kontak zo ensifizan, ak seri porosite 75% -85% te pi bon.
An tèm de kalite alyaj Titàn, Ti6Al4V domine mache a, men gen yon risk sitotoksik nan Al / V ion lage. Nouvo alyaj tankou Ti-15Ta-10.5Zr ak Ti-13Nb-13Zr diminye modil pandan y ap kenbe fòs pa ajiste konpozisyon elemantè a. Direksyon inovatè tankou superelastisite nan alyaj nikèl-Titàn ak pwopriyete yo anti-bakteri nan kwiv / ajan Ti6Al4V yo vo peye atansyon a.
Defi aktyèl yo konsantre sou: (1) transfòmasyon egzak estrikti lasi alyaj pa teknoloji fabrikasyon aditif; (2) Li nesesè pou ranfòse verifikasyon tout chèn in vitro, in vivo, ak klinik. Rechèch nan lavni ta dwe konsantre sou relasyon quantitative ant paramèt estriktirèl ak aktivite byolojik pou ankouraje devlopman enplantasyon reparasyon zo pèsonalize.
4. Rezime ak pespektiv
Titàn alyaj yo te itilize kòm materyèl plasman depi ane 1960 yo. Depi lè sa a, entelektyèl yo te fè rechèch sou chanje konpozisyon alyaj ak pwopriyete sifas yo devlope yon materyèl ki gen pi bon konbinezon an nan pwopriyete mekanik ak chimik. Diferan pwosesis modèn pwosesis, osi byen ke kouch sifas ki apwopriye ak modifikasyon, reyalize pwopriyete yo vle nan enplantasyon Titàn. Gen plis resous ak rechèch ki nesesè pou devlope yon alyaj Titàn ki difisil, biokonpatib, korozyon-rezistan, ak usure-.
Lè w konprann karakteristik sa yo divès kalite alyaj Titàn, solisyon diferan yo pwopoze pou pwoblèm yo nan gwo modil elastik ak sifas inertness nan alyaj Titàn, ak modifikasyon sifas ak modifikasyon sifas yo souvan itilize metòd ogmante aktivite sifas nan alyaj Titàn. Fabrikasyon alyaj Titàn ki mouye pa sèlman rezoud pwoblèm nan gwo modil elastik, men tou, ogmante pèfòmans byolojik osteoentegrasyon an. Sepandan, toujou genyen anpil pwoblèm ki bezwen diskite ak rezoud nan pwosesis pwodiksyon plizyè alyaj Titàn poreux. Aplikasyon an nan kouch fonksyonalize nan estrikti pore ak dekouvèt la nan estrikti trabecular biomimetic bay pi bon opsyon pou avansman aplikasyon byolojik nan alyaj Titàn. Nan lavni an, li espere ke pandan y ap amelyore estrikti nan mekanik ak lòt pwopriyete nan alyaj Titàn, aplikasyon an nan kouch byolojik fonksyonèl sou sifas la nan alyaj Titàn yo pral kontinyèlman amelyore, ak nouvo pwogrè ak dekouvèt yo pral fè nan ogmante kwasans lokal zo, osteoentegrasyon, anti-bakteri ak anti-enfeksyon.
