국소 약물 전달을 위해 AM 정형외과 임플란트에 통합된 티타니아 나노튜브

2021년 11월 22일

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MDPI(Multidisciplinary Digital Publishing Institute) 저널 Materials에 최근 발표된 연구 '3D 인쇄된 Ti-6Al-4V 임플란트에서 합성된 티타니아 나노튜브 아키텍처 및 반코마이신 방출 프로토콜 평가'에서는 목표에 따라 적층 제조된 티타니아 나노튜브(TNT)의 잠재력에 대해 논의합니다. 정형외과 임플란트의 약물 전달 시스템.

단순한 깁스 및 부목에서 일반적으로 강철, 티타늄, 크롬 또는 코발트로 제작되는 판, 나사 및 막대와 같은 내부 임플란트로의 전환은 부러지거나 골절된 뼈에 대한 지지력의 발전을 보여 주지만 이러한 임플란트에는 감염 또는 거부반응과 같은 위험이 따릅니다. 최악의 시나리오에서는 이러한 부정적인 결과로 인해 사지 손실이나 환자 사망이 발생할 수 있습니다. 그러나 이러한 가능한 결과에도 불구하고 내부 고정은 가능한 부작용에도 불구하고 일반적으로 뼈가 올바른 위치에서 치유될 것이라는 보장이 더 높고 더 빠른 치유를 가져오기 때문에 많은 환자에게 내부 고정이 선호됩니다.

감염 위험을 완화하기 위해 항생제가 사용됩니다. 그러나 역사적으로 항생제가 경구 또는 정맥 내로 투여될 때 이러한 물질이 임플란트 자체를 표적으로 삼는다는 것을 확인하는 것은 어려웠습니다. 항생제 로딩 골시멘트와 같은 보다 국소적인 전달 방법은 표적화된 옵션을 제공하지만 충분히 지속적인 수준에서 항생제를 방출하는 능력에 대한 의문이 제기되었습니다. 최근 논문은 이 방법에 대한 대안을 제시합니다: 맞춤형 적층 제조 임플란트의 표면에 통합된 티타니아 나노튜브.

최근 연구에 따르면 생체의학 임플란트 표면에 TiO2 나노튜브 코팅을 사용하면 생체 적합성이 있고 조직 내부 성장에 매우 적합하며 강력한 세포 접착 및 증식이 가능하다고 보고되었습니다. 이 연구에서는 TNT가 감염 부위에 특정 약물을 직접 방출하는 유망한 방법인 것으로 나타났습니다.

'3D 인쇄된 Ti-6Al-4V 임플란트에서 합성된 타이타니아 나노튜브 아키텍처 및 반코마이신 방출 프로토콜 평가'에 대한 연구원들은 양극 처리 기술을 사용하여 적층 가공된 Ti6AL4V 표면에 TNT 어레이를 합성하여 항균 반코마이신의 방출을 관찰하고 분석했습니다. 스물네 시간의 기간.

Dassault Systèmes의 CAD 및 CAE 소프트웨어인 SolidWorks 2020을 사용하여 25 x 25 x 2mm 크기의 Ti6Al4V 플레이트 임플란트를 설계하고 모델링한 후 PBF-LB(Laser Beam Powder Bed Fusion) 기계인 Mlab Cusing 100R을 사용하여 적층 제조했습니다. GE Additive Concept Laser의 제품입니다. 부품은 태국 방콕의 Meticuly Co Ltd에서 D50 마이크로 Ti6Al4V 분말을 사용하여 생산되었습니다. 양극 산화 처리 과정에서 이 플레이트 임플란트는 양극 역할을 했고 Umicore의 상용 백금 플레이트(12 x 30mm)는 음극 역할을 했습니다. 제어된 분위기 하에서 Ti6Al4V 플레이트는 전기로에서 2시간 동안 950°C로 가열되었습니다.

양극 산화 처리 전에 Ti6Al4V 플레이트의 표면 거칠기는 80~2000방의 종이로 분쇄하고 산성 용액, 탈이온수 및 에탄올 내에서 초음파 처리하여 감소되었습니다.

매우 높은 종횡비를 갖는 규칙적인 TNT 배열로 나노 구조의 표면을 얻기 위해 다가 알코올, 특히 생체 적합성 및 생체 활성 표면을 생성하는 것으로 알려진 에틸렌 글리콜을 함유한 불화물을 전해질로 사용했습니다. 분쇄된 시편을 에틸렌글리콜 98 중량%, 불화암모늄(0.5 중량%) 및 탈이온수 1.5 중량%의 혼합액이 포함된 제조된 에틸렌글리콜계 전해질에 1시간, 2시간, 3시간 및 4시간 동안 침지시켰다. 전해질 용액을 자기 막대를 사용하여 100rpm으로 연속적으로 교반하였다.

제조 후 연구원들은 FESEM(전계 방출 주사 전자 현미경), 접촉각 측정기, FTIR(푸리에 변환 적외선), AFM(원자력 현미경) 및 X선 광전자 분광법과 같은 특성화 기술을 사용하여 양극산화 처리된 TNT를 연구했습니다. 형태, 습윤성 거동, 티타니아 이온 간의 상호작용, 기공 크기, 길이 및 표면 거칠기를 기록합니다.