Нанотрубки титана интегрированы в ортопедические имплантаты AM для локализованной доставки лекарств

22 ноября 2021 г.

Поделитесь в своей сети:

Недавно опубликованное исследование в журнале «Материалы» Междисциплинарного института цифровых публикаций (MDPI) «Архитектура нанотрубок титана, синтезированная на 3D-печатном имплантате Ti-6Al-4V и оценка протоколов высвобождения ванкомицина», обсуждает потенциал аддитивно изготовленных нанотрубок титана (ТНТ) в качестве целевого продукта. системы доставки лекарств в ортопедических имплантатах.

Переход от простых гипсовых повязок и шин к внутренним имплантатам, таким как пластины, винты и стержни, обычно изготовленные из стали, титана, хрома или кобальта, иллюстрирует достижения в области поддержки сломанных или сломанных костей, но эти имплантаты несут в себе риски: инфицирование или отторжение. В худшем случае эти негативные последствия могут привести к потере конечностей или смерти пациента. Однако, несмотря на эти возможные результаты, для многих пациентов внутренняя фиксация предпочтительна, поскольку, несмотря на возможные побочные эффекты, она обычно приводит к более быстрому заживлению и более высокой гарантии того, что кости срастутся в правильном положении.

Чтобы снизить риск заражения, используются антибиотики. Однако исторически было трудно гарантировать, что они будут нацелены на сам имплантат, когда антибиотики вводятся перорально или внутривенно. Более локализованные методы доставки, такие как введение антибиотиков в костный цемент, предлагают целевой вариант, но возникают вопросы относительно его способности высвобождать антибиотики на достаточно устойчивых уровнях. В недавней статье предлагается альтернатива этому методу: нанотрубки из титана, встроенные в поверхность изготовленных на заказ имплантатов, изготовленных аддитивным способом.

Недавние исследования показали, что использование покрытия из нанотрубок TiO2 на поверхностях биомедицинских имплантатов биосовместимо, хорошо подходит для врастания тканей и обеспечивает сильную адгезию и пролиферацию клеток. В этом исследовании было высказано предположение, что тротилы также кажутся многообещающим методом прямого высвобождения определенных лекарств в очаг инфекции.

Исследователи «Архитектуры нанотрубок титана, синтезированных на 3D-печатном имплантате Ti-6Al-4V и оценки протоколов высвобождения ванкомицина» использовали метод анодирования для синтеза массивов тротила на аддитивно изготовленных поверхностях Ti6AL4V, чтобы наблюдать и анализировать высвобождение антибактериального ванкомицина в течение длительного времени. срок двадцать четыре часа.

SolidWorks 2020, программное обеспечение CAD и CAE от Dassault Systèmes, использовалось для проектирования и моделирования пластинчатого имплантата Ti6Al4V размером 25 x 25 x 2 мм, а затем было произведено его аддитивное производство с использованием Mlab Cusing 100R, машины для лазерной порошковой сварки (PBF-LB). от GE Additive Concept Laser. Детали были изготовлены с использованием порошка D50 micro Ti6Al4V компанией Meticuly Co Ltd, Бангкок, Таиланд. В процессе анодирования этот пластинчатый имплантат выступал в качестве анода, а коммерческая платиновая пластина (12 х 30 мм) от Umicore — в качестве катода. В контролируемой атмосфере пластины Ti6Al4V нагревались при температуре 950°C в течение 2 часов в электрической печи.

Перед анодированием шероховатость поверхности пластин Ti6Al4V была уменьшена путем обычного шлифования на бумаге с зернистостью от 80 до 2000 и обработки ультразвуком в растворе кислоты, деионизированной воде и этаноле.

Для получения наноструктурированной поверхности с упорядоченными массивами тротилов с очень высоким соотношением сторон в качестве электролита использовались фторидсодержащие многоатомные спирты, в частности, этиленгликоль, известный тем, что создает биосовместимые и биоактивные поверхности. Измельченные образцы погружали в приготовленный электролит на основе этиленгликоля, содержащий раствор смеси этиленгликоля 98 мас.%, фторида аммония (0,5 мас.%) и 1,5 мас.% деионизированной воды на 1, 2, 3 и 4 часа. Раствор электролита непрерывно перемешивали магнитным стержнем со скоростью 100 об/мин.

После производства исследователи изучили анодированные тротилы, используя такие методы определения характеристик, как полевая эмиссионная сканирующая электронная микроскопия (FESEM), измеритель угла смачивания, инфракрасное преобразование Фурье (FTIR), атомно-силовой микроскоп (АСМ) и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, чтобы обратите внимание на морфологию, поведение смачиваемости, взаимодействие между ионами диоксида титана, размер пор, длину и шероховатость поверхности.