Биомедстеклокерамика

Вообще, доступные биосоединения  и гибридные биоматериалы, основанные на ортофосфате  кальция, могли бы быть разделены на несколько (частично накладывающийся) широкие области:

• биокомпозиты с полимерами,

• урегулирование формование и бетонирование,

 •состав, основанный на наноматериале ортофосфате  кальция и нанокомпозиционных биосоединениях,

• биокомпозиты с коллагеном,

• И т.д.

Биосоединения с полимерами. Как правило, полимерные компоненты биосоединений и гибридных биоматериалов включают полимеры, которые показали обоим хорошую биологическую совместимость и обычно используются в хирургических целях. Вообще, так как у полимеров есть низкий модуль (2-7 ГПа как максимум) по сравнению соответственно из кости (3-30 Гпа), ортофосфатно кальциевая биокерамика должена быть загружен в высоком отношении % веса. Кроме того, общие знания о сложной механике предлагают, чтобы любые высокие частицы формата изображения, такие как бакенбарды или волокна, значительно улучшили модуль при более низкой погрузке. Таким образом некоторые попытки были уже предприняты, чтобы подготовить биосоединения, содержащие подобный крупице или подобный игле кальций orthophosphates так же как кальций orthophosphate волокна.

История вживляемого кальция  полимера orthophosphate биосоединения и гибридные биоматериалы началась в 1981 с новаторского исследования профессором Уильямом Бонфилдом и коллегами, выполненными на формулировках HA/PE. То начальное исследование вводило понятие аналога кости, в котором предложенные биосоединения включали полимер податливая матрица PE и керамическая жесткая фаза ХА, которая была существенно расширена и развивалась в дальнейших исследованиях той исследовательской группой. Более свежие исследования включали исследования на влиянии поверхностной топографии соединений HA/PE на пролиферации клеток и приложении. Материал составлен из особой комбинации ХА частиц при погрузке объема ~40%, однородно распределенных в матрице HDPE. Альтернативно, PP мог бы использоваться вместо идеи PE.The, должен был подражать костям при помощи полимерной матрицы, которая может развить значительный анизотропный характер через соответствующие методы ориентации, укрепленные с подобным кости материалом биокерамики, который гарантирует и механическое укрепление и биологически активный характер соединения. После одобрения FDA в 1994, в 1995 этот материал стал коммерчески доступным под торговой маркой ТМ HAPEX (Смит и Племянник, Ричардс), и, до настоящего времени, это было внедрено в более чем 300,000 пациентов с успешными результатами. Это остается единственным клинически успешным биологически активным соединением и, казалось, было главным шагом в области внедрения. Главные производственные стадии ТМ HAPEX включают смешивание, приходя к соглашению и центробежное размалывание. Оптовый материал или устройство тогда созданы из этого порошка лепным украшением инъекции и сжатием. Альтернативно, ХА / HDPE биосоединения мог бы быть подготовлен горячими приемами укатки, которые облегчают однородную дисперсию и смешивание подкрепления в матрице.

механический сцепляются между двумя фазами ТМ HAPEX, сформирован сжатием HDPE на ХА частицы во время охлаждения. И ХА размер частицы и их распределение в матрице HDPE признаны важными параметрами, затрагивающими механическое поведение HAPEX TM.Smaller ХА, частицы, например, как находили, привели к более жестким соединениям из-за увеличения интерфейсов между полимером и керамикой. Кроме того, жесткость ТМ HAPEX, как находили, была пропорциональна ХА части объема. Агенты сцепления, например, 3-trimethoxysiyl propylmethacrylate для ХА и акриловая кислота для HDPE, могли бы использоваться, чтобы улучшить соединение (и химическим прилипанием и механическим сцеплением) между ХА и HDPE.Obviously, другой кальций orthophosphates мог бы использоваться вместо ХА в биосоединениях с PE.Indeed, попытки были предприняты, чтобы улучшить механические свойства ТМ HAPEX, включая другие керамические фазы в матрицу полимера, такие как PSZ и глинозем. Частичная замена ХА частиц наполнителя частицами PSZ, как находили, привела к увеличению силы и крутизны перелома биосоединений HA/HDPE. Сжимающее напряжение, настроенное расширением объема, связанным с четырехугольным-к-моноклиническому преобразованием фазы PSZ, запрещает или задерживает первоклассное распространение в пределах соединения. Это приводит к расширенной крутизне перелома биосоединения HA/ZrO2/HDPE.

Различные исследования показали, что HAPEXTM был свойствен непосредственно костям химическим соединением (биологически активная фиксация), а не формируя волокнистую герметизацию (морфологическая фиксация). Начальные клинические применения ТМ HAPEX прибыли в орбитальную реконструкцию, но с 1995, главное использование этого соединения было в шахтах имплантатов среднего уха для лечения кондуктивной тугоухости. В обоих заявлениях ТМ HAPEX предлагает преимущество на месте формирования, таким образом, хирург может сделать заключительные изменения, чтобы оптимизировать припадок протеза до крайности пациента, и последующая деятельность требует только ограниченной механической погрузки фактически никаким риском неудачи от недостаточного предела прочности. По сравнению с корковыми костями у соединений HA/PE есть превосходящая крутизна перелома для ХА концентраций ниже ~40% и подобная крутизна перелома в диапазоне на 45-50%. Модуль их Молодежи находится в диапазоне 1-8 Гпа, который является вполне близко к той из кости. Экспертиза поверхностей перелома показала, что только механическая связь происходит между ХА и PE. К сожалению, соединения HA/PE не разлагаемы микроорганизмами, доступная площадь поверхности ХА низка, и присутствие биоинертного PE уменьшает способность сцепиться с костями. Кроме того, ТМ HAPEX был разработан с максимизируемой плотностью, чтобы увеличить ее силу, но получающаяся нехватка пористости ограничивает врастание внутрь osteoblasts, когда внедрение помещено в тело. Более подробная информация о ТМ HAPEX доступна в другом месте. В дополнение к ТМ HAPEX также известны другие типы биосоединений HA/PE.

И линейные и разветвленные  PE использовались в качестве матрицы, и биосоединения с прежним, как находили, дали более высокий модуль. Механизмы укрепления в кальции orthophosphate/polymer биосоединения должны все же быть убедительно раскрыты. Вообще, если плохой выбор наполнителя сделан, полимерная матрица могла бы быть затронута наполнителем через сокращение молекулярной массы во время сложной обработки, формирования остановленной раковины полимера вокруг частиц (транскристаллизация, вызванная поверхностью кристаллизация или эпитаксиальный рост) и изменения в структуре полимера из-за поверхностей частицы и интервала межчастицы. С другой стороны, эффект укрепления кальция orthophosphate частицы мог бы зависеть от плесневеющей используемой техники: более высокая ориентация полимерной матрицы, как находили, привела к более высокому механическому исполнению соединения.

Много других смесей кальция  orthophosphates с различными полимерами возможны, включая довольно необычные формулировки с dendrimers. Даже легко-излечимый полимер/кальций orthophosphate формулировки известен. Список соответствующего кальция orthophosphates показывают в Таблице 3 (кроме MCPM и MCPA, поскольку и слишком кислые и, поэтому, не биологически совместимые; 27, однако, чтобы преодолеть этот недостаток, они могли бы быть смешаны с основными составами, такой как ХА, TTCP, CaCO3, CaO, и т.д.), . Много биомедицински подходящих полимеров были упомянуты выше. У комбинации кальция orthophosphates и полимеров в биосоединения есть двойная цель. Желательные механические свойства полимеров дают компенсацию за плохое механическое поведение кальция orthophosphate биокерамике, в то время как в свою очередь желательные биологически активные свойства кальция orthophosphates улучшают те из полимеров, расширяя возможные применения каждого материала в пределах тела. А именно, полимеры были добавлены к кальцию orthophosphates, чтобы улучшить их механическую силу, и кальций orthophosphate наполнители был смешан с полимерами, чтобы улучшить их сжимающую силу и модуль в дополнение к увеличению их osteoconductive свойств. Кроме того, биологическая совместимость таких биосоединений увеличена, потому что кальций orthophosphate наполнители вызывает увеличенное начальное распространение вспышки белков сыворотки по сравнению с более гидрофобными поверхностями полимера. К тому же, результаты эксперимента этих биосоединений указывают на благоприятные взаимодействия материала клетки с увеличенными действиями клетки по сравнению с одним только каждым полимером. Как правило, с увеличением кальция orthophosphate содержание, и модуль Янга и биологическая активность увеличения биосоединений, в то время как податливость уменьшается. Кроме того, такие формулировки могут обеспечить длительный выпуск кальция и orthophosphate ионов в круги, который важен для минерализованной регенерации ткани. Действительно, комбинация двух различных материалов привлекает преимущества каждого, чтобы создать превосходящее биосоединение относительно материалов самостоятельно.

Логично предположить, что  надлежащее биосоединение кальция  orthophosphate (например, CDHA) с биоорганическим полимером (например, коллаген) привело бы к физическим, химическим и механическим свойствам, подобным тем из человеческих костей. Различные методы для того, чтобы объединить эти два компонента в биосоединения были уже поняты, включая механическое смешивание, составление, размалывание шара, дисперсию керамических наполнителей в растворяющее полимером решение, расплавить вытеснение керамической порошковой смеси / порошковой смеси полимера, coprecipitation и электрохимического co-смещения. Были сравнены три метода для того, чтобы подготовить гомогенную смесь ХА с PLLA. Во-первых, сухой процесс, состоя из смешивания керамических шариков порошка и полимера перед шагом лепного украшения сжатия, использовался. Вторая техника была основана на дисперсии керамических наполнителей в растворяющее полимером решение. Третий метод был расплавить вытеснением керамической порошковой смеси / порошковой смеси полимера. Смешивание сухих порошков привело к керамической сети частицы вокруг шариков полимера, тогда как растворитель и тает, методы произвели гомогенную дисперсию ХА в матрице. Главный недостаток растворяющего метода кастинга - риск потенциально токсичных органических растворяющих остатков. Расплавить метод вытеснения, как показывали, был хорошим способом подготовить гомогенные керамические смеси / смеси полимера.

Есть также на месте  формирование, которое вовлекает  или синтезирование укрепления в  предварительно сформированном матричном  материале или синтезирование матричного материала вокруг укрепления. Это - один из самых привлекательных маршрутов, так как он избегает обширного  скопления частицы. Несколько бумаг  сообщили, что на месте техника  формирования произвела различные  соединения апатитов с углеродом  nanotubes. Другие appoaches включают использующие увенчанные аминокислотой nano-размерные золотые частицы как леса, чтобы вырастить CDHA и в подготовке nano-размерных биосоединений HA/polyamide. В определенных случаях mechanochemical маршрут, эмульсии, суша сублимацией и тающие замораживание методы, распыляемая пламенем техника или минерализация геля-templated могли бы быть применены, чтобы произвести кальций находящиеся в othophosphates биосоединения. Различные процедуры фальсификации хорошо описаны в другом месте в ссылках 36, 63 и 297, где заинтересованные читатели отнесены.

Граничное соединение между  кальцием orthophosphate и полимером - важная проблема для любого биосоединения. Четыре типа взаимных мер nanodimensional частиц к цепям полимера были классифицированы Kickelbick (Рис. 1): (1) неорганические частицы, включенные в неорганический полимер, (2) объединение частиц, сцепляясь с основой полимера, (3) сеть глубокого проникновения с химическими связями и (4) неорганическо-органический гибридный полимер. Если прилипание среди фаз плохо, механические свойства биосоединения страдают. Чтобы решить проблему, различные подходы были уже введены. Например, diisocyanate агент сцепления использовался, чтобы связать PEG/PBT (Многоактивный ТМ) блоксополимеры к ХА частицам наполнителя. Используя измененный поверхностью ХА частицы, поскольку наполнитель в матрице PEG/PBT значительно улучшил упругий модуль и силу полимера по сравнению с полимерами, заполненными непривитой группой HA.Another, используемой, обрабатывая условия достигнуть лучшего прилипания наполнителя к матрице. Игнятович и др. подготовил соединения PLLA/HA неотложными смесями изменения PLLA и ХА содержания при различных температурах и давлениях. Они нашли, что максимальная сжимающая сила была достигнута в ~15% веса PLLA. При помощи смесей с 20% веса PLLA авторы также установили, что увеличение неотложной температуры и давления улучшило механические свойства. Прежний был объяснен уменьшением в вязкости PLLA, связанного с температурным увеличением, следовательно приведение улучшило wettability ХА частиц. Последнему объяснили увеличенное уплотнение и проникновение пор при более высоком давлении вместе с большей текучестью полимера при более высоких температурах. Комбинация высокого давления и температур, как находили, уменьшила пористость и гарантировала близкое приложение полимера к частицам, таким образом улучшая сжимающую силу и сломала energyof биосоединения. Леса биосоединений PLLA/HA, как находили, улучшили выживание клетки по простым лесам PLLA.

Также возможно ввести пористость в кальций находящиеся в orthophosphate биосоединения, который выгоден для большинства заявлений как материал замены кости. Пористость облегчает перемещение osteoblasts от окружающих костей до сайта внедрения. Различные материальные стратегии обработки подготовить сложные леса со связанной пористостью включают тепло вызванное разделение фазы, растворяющий бросок и выщелачивание частицы, тело freeform методы фальсификации, спекание микросферы и покрытие. Суперкритический газ пенящаяся техника мог бы использоваться также.

Основанные на апатите  формулировки. Биологический апатит, как известно, является главной неорганической фазой окаменелых тканей млекопитающих. Следовательно, CDHA, ХА, carbonateapatite (и с и без допантов) и, иногда, FA были применены, чтобы подготовить биосоединения с другими составами, обычно с целью улучшения биологической активности. Например, PS сочинял с, ХА может использоваться в качестве стартового материала для долгосрочных внедрений. Восстановил в естественных условиях, ХА/PS покрытые биосоединением образцы от кролика, периферические бедра продемонстрировали прямое приложение кости покрытиям по сравнению с волокнистой герметизацией, которая произошла, когда непокрытые образцы использовались. Время всасывания таких биосоединений - очень важный фактор, который зависит от микроструктуры полимера и присутствия изменения фаз.

Различные содержащие апатит биосоединения с ПВА, PVAP и несколькими другими полимерными компонентами были уже развиты. А именно, блоки биосоединения PVA/CDHA были подготовлены осаждением CDHA в водных растворах ПВА. Искусственная роговая оболочка, состоящая из пористого nanosized ХА/ПВА, гидросклеивается, юбка и прозрачный центр ПВА гидрогеля были подготовлены также. Результаты показали хорошую биологическую совместимость и сцепляющийся между искусственной роговой оболочкой и тканями хозяина. PVAP был выбран в качестве матрицы полимера, потому что ее группы фосфата могут действовать как агент сцепления/постановки на якорь с более высокой близостью к ХА поверхность. Грейш и Браун развивались ХА/ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО poly (винил phosphonate) биосоединения. Управляемое шаблоном образование ядра и минеральный процесс роста для интеграции высокой близости CDHA с лесами гидрогеля PHEMA были развиты также.

БЫСТРЫЙ ВЗГЛЯД и БЕДРА  были применены, чтобы создать биосоединения  с ХА из-за их потенциала для клинического использования в имеющих груз заявлениях. Исследование укрепления ПОСМОТРЕЛО с тепло распыляемым  ХА, частицы показали, что механические свойства увеличились монотонно  с концентрацией укрепления с  максимальным значением в исследовании части объема на ~40% ХА частиц. Диапазоны, о которых сообщают, чопорности в  пределах 2.8-16.0 Гпа и силы в пределах 45.5-69 МПа превысили нижние значения для человеческой кости (7-30 Гпа и 50-150 МПа, соответственно). Моделирование  механического поведения ХА/БЫСТРЫЙ  ВЗГЛЯД биосоединений доступно в  другом месте.