Jak si vedou bioaktivní ionty, když jsou přidány do titanové tyče pro lékařské použití?

Titan se v klinické praxi široce používá jako materiál pro opravu tvrdých tkání. V posledních letech se technologie aditivní výroby titanových kovových materiálů neustále zlepšuje, což ukazuje zjevné výhody v rychlé výrobě zakázkových produktů, přičemž procesní cyklus není ovlivněn strukturou, což má objektivní vyhlídky na uplatnění v klinické praxi.

Samotný titan je však biologicky inertní materiál. Na jedné straně nemá schopnost regulovat imunitní systém lidského těla a po implantaci do lidského těla je náchylný k zánětlivým reakcím a uvolňování. Proto je nutné povrch lékařských titanových tyčí modifikovat, aby se zlepšila jejich kvalita, zlepšila kompatibilita s lidským tělem a zpomalila zánětlivá reakce.

Když je titanová slitina implantována do povrchu těla za účelem přípravy mikro-nano kompozitní struktury, lze její biologické vlastnosti zlepšit přidáním biologicky aktivních iontů. Mikro-nano kompozitní struktura obsahující ionty vápníku může zvýšit hydrofilnost a biologickou aktivitu implantátu a podpořit adhezi, proliferaci a diferenciaci kmenových buněk kostní dřeně. Titanové plechy byly připraveny technologií laserového selektivního tavení a leptány kyselinou, aby se odstranily částice Ti vzniklé během výrobního procesu a odhalila se mikronová struktura na povrchu titanových plechů. Anodickou oxidací vzorků leptaných kyselinou za různých elektrolytových a napěťových podmínek byly studovány změny morfologie povrchu a velikosti nanotrubic a byly vybrány oxidační parametry vhodné pro následné experimenty.

Mikro-nano kompozitní struktury obsahující ionty vápníku a zinku byly připraveny na povrchu titanové slitiny SLM pomocí alkalického tepelného zpracování a iontové náhrady. Výsledky ukazují, že průměr nanotrubic se po alkalickém tepelném zpracování mírně snižuje a drsnost povrchu se mění jen málo. Ionty zinku mohou modulovat polarizační chování makrofágů. A konečně, in vivo osteogenní vlastnosti implantátů z titanových tyčí s mikro-nano kompozitní strukturou obsahujících ionty vápníku. Implantáty z titanových tyčí vytvořené metodou SLM byly podrobeny leptání kyselinou, anodizaci a alkalickému tepelnému zpracování a poté implantovány do stehenní kosti potkanů ​​Sprague-Dawley. Množství nové kosti kolem titanové tyče bylo pozorováno pomocí mikro-CT. Výsledky ukazují, že titanové tyče s bioaktivními ionty mají dobré osteogenní vlastnosti.