This research was supported by the Technology Innovation Program (Contract grant No. 0037915, WPM Biomedical Materials-Implant Materials) and Industrial Strategic Technology Development Program (Contract grant No. 10045329, Development of customized implant with porous structure for bone replacement), funded by the Ministry of Trade, industry &#38; Energy (MI, Korea), and BK21 PLUS SNU Materials Division for Educating Creative Global Leaders (Contract grant No. 21A20131912052).

Gözenekli Metal iskelelerinin 1. Fabrikasyon <ol><li> Dört başlangıç ​​gözenek (40, 50, 60 ve 70), gözenekli Ti iskeleleri için Tablo 1 de tarif edildiği gibi malzemeler, uygun miktarlarda tartı sonra ticari olarak temin edilebilir Ti tozu, kamfen ve KD-4 karıştırılarak Ti-kamfen bulamaçlar hazırlayın. 500 ml polietilen (PE) şişelere çamurlar dökün ve 30 rpm&#39;de bir bilyeli değirmen fırın içinde 30 dakika boyunca 55 ° C&#39;de şişeler döndürün. </li><li> Silindirik alüminyum (Al) 60 mm&#39;lik bir çapa ve 60 mm yüksekliğe sahip kalıplar içine PE şişe çamurlar dökün. Karşılık gelen Al kayar kapak ile birlikte, Al kalıp kapatın ve 10 dakika süreyle 55 ° C &#39;de 30 rpm bir hızda bir bilyalı değirmen fırında kalıpları döndürün. <ol><li> Daha sonra, 44 ° C&#39;ye kadar bilyalı değirmen fırının sıcaklığı azaltmak ve sürekli 12 saat boyunca 44 ° C sabit sıcaklıkta 30 rpm bir hızda kalıp döndürün. </li></ol></li><li> Ball- kalıp dışarı atınDeğirmen fırın sonra ilave bir soğutma işlemi için 1 saat süre ile oda sıcaklığında kalıp döner. Bir Al dalgıç kullanarak Al kalıp katılaşmış titanyum / kamfen yeşil gövdesini sökün. </li><li> Elle bir lastik torba içinde katılaşmış titanyum / kamfen yeşil vücudu yerleştirin ve tamamen bir dize ile torbanın ağzını bağlayarak lastik torbanın ağzını sıkıca kapatın. Soğuk izostatik presleme (CIP) makinenin su tankı kauçuk torba yerleştirin ve 10 dakika için 200 MPa, eşbasınçlı bir basınç uygulanır. Lastik torbadan sıkıştırılmış yeşil vücudu çıkarın. </li><li> Elle bir alümina pota üzerine Ti-kamfen yeşil vücudu aktarın ve dondurarak kurutma makinesinde pota yerleştirin. Dondurularak kuru yeşil vücutta kamfen fazı süblimleşme yeşil gövde - 24 saat boyunca 40 ° C. </li><li> Daha sonra, bir alümina kapak kayma Kroze kapatın ve oda sıcaklığında (10 -6 Torr altında) bir vakum fırınında kapalı pota yerleştirin. Sonra, bir ısıtma r 1300 ° C fırının sıcaklığını artırmak5 ° C / dk arasında yedi ve 2 saat süre ile 1300 ° C sıcaklık tutun. </li><li> Isıl işlemden sonra, fırının tam oda sıcaklığına kadar soğutuldu kadar 6-7 saat boyunca fırında sinterlenmiş gözenekli Ti tutun. Not: Soğutma işlemi 6 saat süresince, 400 ° C&#39;nin üzerinde fırının ortalama soğutma hızı ~ 15 ° C / dk ve 400 ° C&#39;nin altında fırının ortalama soğutma hızı ~ 2 ° C / dk. </li><li> Gerekirse, elektriksel deşarj işlemesi ile 16 mm (EDM) bir çapa sahip olan bir disk şeklinde numuneler halinde sinterlenmiş gözenekli Ti blok kesin. 27 Not: Al kalıp boyutuna bağlı olarak tabaka, gözenekli Ti boyutu işleme süreci (Şekil 2A) ile değiştirilmesi gerekir. </li><li> Bir otoklav içinde, gözenekli Ti örnekleri bir cam behere koyun ve 15 dakika boyunca 121 ° C&#39;de sterilize örnekleri. Numuneler otoklavdan çıkarılmaktadır. Iki kere% 70 etanol ile iki kez ve sonra damıtılmış su ile gözenekli Ti örnekleri yıkayın.Son olarak, Petri kabı içine gözenekli Ti bırakın ve UV ışığı altında temiz bir bankta oda sıcaklığında örnekleri Hava kurulayın. </li></ol> Biyoaktif Ajanların ile iskelelerinin 2. Dip Kaplama <ol><li> 9 Dulbecco Fosfat Tamponlu Salin (DPBS, pH 7.4) bir solüsyonu 10 ml bir ml sterilize olan GFP 1 ml karıştırılarak temiz bir tezgah 100 ug / ml 1 mg / ml, ticari yeşil floresans proteini (GFP) seyreltin Tablo 1 &#39;de gösterildiği gibi, polistiren (PS), tüpü. </li><li> Oda sıcaklığında GFP çözeltisi ile PS tüpüne Ti numuneler yerleştirilerek ve temiz bir tezgah üzerine yerleştirerek seyreltildi GFP çözeltisi (100 ug / ml), 10 ml sterilize edilmiş, yoğun ya da gözenekli Ti bırakın. </li><li> Bir vakum kurutucu içinde PS tüp yerleştirin ve 10 dakika GFP çözeltisi daha etkili bir şekilde, gözenekli Ti gözeneklerinden içeri girmesi ile sağlamak için desikatörde tahliye. </li><li> Cımbız kullanarak PS tüpünden gözenekli titanyum çıkarın. 10 cm çapında Pe içine GFP kaplamalı gözenekli Ti yerleştirinÜç çanak ve hava-kuru O / N temiz bir bankta RT de. </li><li> Bir cam beher içinde Dulbecco Fosfat Tamponlu Salin (DPBS) 10 ml iki kez gözenekli Ti durulayın ve temiz bir tezgah üzerinde RT cımbız ve hava kuru kullanılarak 10 cm çapında bir Petri kabı içine, gözenekli Ti hareket eder. </li></ol> Gözenekli iskelelerinin 3. Yoğunlaştırma <ol><li> Silindirik çelik kalıpta çeşitli yükseklikleri GFP kaplı gözenekli Ti örnekleri yerleştirin ve çelik kalıbın (Şekil 3A) üst ve alt deliklere yumruklar bir dizi yerleştirin. </li><li> 0.05 ~ 0.1 sn ara gerilme oranlarında bir basın makine kullanarak örnek (Şekil 3A) z yönünde oda sıcaklığında çelik kalıp montaj içinde gözenekli Ti sıkıştır -1 Tablo 2&#39;de gösterilen önceden belirlenmiş uygulanan suşlarına karşı. Basınç tutun boşaltma öncesinde 1 dakika karıştırıldı. </li><li> Çelik kalıbından yoğunlaştırılmış Ti örnekleri çıkarın. DPBS 10 ml iki kez yoğunlaştırılmış numune yıkayınTemiz bir bankta oda sıcaklığında bir beher ve hava kuru O / N. </li></ol> GFP-kaplı iskelelerinin 4. Salınım test <ol><li> Numunelerin üç tip daldırın (GFP-kaplanmış, yoğun Ti (adımlardan sonra 2), GFP-kaplanmış gözenekli Ti (Adım 1 ve 2) ve GFP-kaplı yoğunlaştırılmış gözenekli Ti (adım 1-3) sonrası) sonra 5 ml DPBS (pH Temiz bir tezgah üzerinde 37 ° C&#39;de 10 mi steril PS tüp içinde ihtiva 7,4) çözeltisi eklendi. </li><li> Ve GFP-kaplanmış numune, her PS borusundan Emme bütün DPBS çözeltisi, 1 önceden belirlenen bir, 2, 3, 5, 8, 12 e göre bir pipet kullanarak yeni bir 5 ml DPBS çözeltisi (pH 7,4) ile yeniden doldurmak batırıldıktan sonra 15, 22 ve 29 gün. </li><li> Daldırma (gün 0) önce, GFP-kaplanmış numunelerin parlaklığı görüntü almak ve 22 gün batırıldıktan sonra konfokal lazer tarama spektroskopisi (CLSM) ile. </li><li> Kullanılarak bölüm 4.2&#39;de her PS tüpten çekilir 5 mi DPBS çözeltisinin bir toplam 1 ml çözelti içinde serbest GFP floresans sinyali yoğunluğu ölçmek215 nm dalga boyunda UV spektroskopisi. Standart eğri kullanılarak GFP çözeltisinin konsantrasyonu yoğunluk değeri dönüştürün. Not: Ölçme önce, 0 ng / ml konsantrasyon aralığında, GFP çözeltisi floresans sinyali yoğunluğu ölçülerek GFP çözeltisi standart eğri çizmek - 10 ug / ml olmuştur. </li></ol> Kademeli Gözenekli Ti iskelelerinin 5. Fabrikasyon <ol><li> 1,7 adıma adım 1.1 tekrarlayarak sinterlenmiş gözenekli Ti bloğunu üretin. </li><li> Makine EDM tarafından önceden belirlenmiş bir yapı tasarımları (örneğin, Şekil 5a ve 5d) göre sinterlenmiş gözenekli Ti bloğu. </li><li> Gözenekli Ti çapıdır ~ kalıbın çapından 0,1 mm küçük çelik bir kalıp yükseklik dağılımı ile işlenmiş Ti numuneler ve çelik kalıbın üst ve alt deliklere zımbaların kümesini yerleştirebilir. </li><li> Adımları 3.2 ve 3.3 gerçekleştirin. </li></ol> 6. Porozite MeTi iskelelerinin asurement <ol><li> Ti iskelelerinin kitle (m s) ölçün. </li><li> Ti iskelelerinin uzunluk, genişlik ve yükseklik ölçerek belirgin hacmi (V s) hesaplayın. </li><li> Aşağıdaki denklem kullanılarak gözeneklilik hesaplamak: <img alt="Denklem 1" src="/files/ftp_upload/53279/53279eq1.jpg" /> P toplam porozite yüzdesi, ρ Ti titanyum ve m S teorik yoğunluğu olduğu / V S numunenin ölçülen yoğunluğudur. Not: MikroBT&#39;lerin görüntüleme, bir mikro-bilgisayarlı tomografi kullanılarak gerçekleştirilir sonra Ti örnekleri gözenekliliği ile doğrudan MikroBT&#39;lerin görüntüleri elde edilebilir. </li></ol>

<ol>
	<li>Long, M., Rack, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Titanium+alloys+in+total+joint+replacement-a+materials+science+perspective.">Titanium alloys in total joint replacement-a materials science perspective.</a> Biomaterials. 19 (18), 1621-1639 (1998).</li><li>Niinomi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+metallic+materials+for+biomedical+applications.">Recent metallic materials for biomedical applications.</a> Metall. Mater. Trans. A. 33 (3), 477-486 (2002).</li><li>Frosch, K. H., St&#252;rmer, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metallic+biomaterials+in+skeletal+repair.">Metallic biomaterials in skeletal repair.</a> Eur. J. Trauma. 32 (2), 149-159 (2006).</li><li>Huiskes, R., Weinans, H., Van Rietbergen, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+relationship+between+stress+shielding+and+bone+resorption+around+total+hip+stems+and+the+effects+of+flexible+materials.">The relationship between stress shielding and bone resorption around total hip stems and the effects of flexible materials.</a> Clin. Orthop. Relat. Res. 274, 124-134 (1992).</li><li>Kanayama, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+biomechanical+investigation+of+the+stability+and+stress-shielding+effect+of+lumbar+interbody+fusion+devices.">In vitro biomechanical investigation of the stability and stress-shielding effect of lumbar interbody fusion devices.</a> J. Neurosurg. Spine. 93 (2), 259-265 (2000).</li><li>Jung, H. -. D., Kim, H. -. E., Koh, Y. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+and+evaluation+of+porous+titanium+scaffolds+with+3-dimensional+periodic+macrochannels+coated+with+microporous+TiO2.">Production and evaluation of porous titanium scaffolds with 3-dimensional periodic macrochannels coated with microporous TiO2.</a> 135, 897-902 (2012).</li><li>Jones, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+bone+ingrowth+into+porous+biomaterials+using+MICRO-CT.">Assessment of bone ingrowth into porous biomaterials using MICRO-CT.</a> Biomaterials. 28 (15), 2491-2504 (2007).</li><li>Li, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bone+ingrowth+in+porous+titanium+implants+produced+by+3D+fiber+deposition.">Bone ingrowth in porous titanium implants produced by 3D fiber deposition.</a> Biomaterials. 28 (18), 2810-2820 (2007).</li><li>Ahn, M. -. K., Jo, I. -. H., Koh, Y. -. H., Kim, H. -. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+highly+porous+titanium+(Ti)+scaffolds+by+vacuum-assisted+foaming+of+titanium+hydride+(TiH2)+suspension.">Production of highly porous titanium (Ti) scaffolds by vacuum-assisted foaming of titanium hydride (TiH2) suspension.</a> Mater. Lett. 120 (1), 228-231 (2014).</li><li>Baas, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+pretreating+morselized+allograft+bone+with+rhBMP-2+and/or+pamidronate+on+the+fixation+of+porous+Ti+and+HA-coated+implants.">The effect of pretreating morselized allograft bone with rhBMP-2 and/or pamidronate on the fixation of porous Ti and HA-coated implants.</a> Biomaterials. 29 (19), 2915-2922 (2008).</li><li>Peng, L., Bian, W. -. G., Liang, F. -. H., Xu, H. -. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implanting+hydroxyapatite-coated+porous+titanium+with+bone+morphogenetic+protein-2+and+hyaluronic+acid+into+distal+femoral+metaphysis+of+rabbits.">Implanting hydroxyapatite-coated porous titanium with bone morphogenetic protein-2 and hyaluronic acid into distal femoral metaphysis of rabbits.</a> Chin. J. Traumatol. (English Edition). 11 (3), 179-185 (2008).</li><li>Reiner, T., Kababya, S., Gotman, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+incorporation+within+Ti+scaffold+for+bone+ingrowth+using+Sol-gel+SiO2+as+a+slow+release+carrier.">Protein incorporation within Ti scaffold for bone ingrowth using Sol-gel SiO2 as a slow release carrier.</a> J. Mater. Sci. - Mater. Med. 19, 583-589 (2008).</li><li>Lee, J. H., Kim, H. E., Shin, K. H., Koh, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+the+strength+and+biocompatibility+of+porous+titanium+scaffolds+by+creating+elongated+pores+coated+with+a+bioactive,+nanoporous+TiO2+layer.">Improving the strength and biocompatibility of porous titanium scaffolds by creating elongated pores coated with a bioactive, nanoporous TiO2 layer.</a> Mater. Lett. 64, 2526-2529 (2010).</li><li>Li, J. C., Dunand, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+of+directionally+freeze-cast+titanium+foams.">Mechanical properties of directionally freeze-cast titanium foams.</a> Acta Mater. 59 (1), 146-158 (2011).</li><li>Chino, Y., Dunand, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directionally+freeze-cast+titanium+foam+with+aligned,+elongated+pores.">Directionally freeze-cast titanium foam with aligned, elongated pores.</a> Acta Mater. 56 (1), 105-113 (2008).</li><li>Kim, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+porous+titanium+scaffold+with+controlled+porous+structure+and+net-shape+using+magnesium+as+spacer.">Fabrication of porous titanium scaffold with controlled porous structure and net-shape using magnesium as spacer.</a> Mater. Sci. Eng. C. 33 (5), 2808-2815 (2013).</li><li>Brentel, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Histomorphometric+analysis+of+pure+titanium+implants+with+porous+surface+versus+rough+surface.">Histomorphometric analysis of pure titanium implants with porous surface versus rough surface.</a> J. Appl. Oral Sci. 14 (3), 213-218 (2006).</li><li>Buser, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+surface+characteristics+on+bone+integration+of+titanium+implants.+A+histomorphometric+study+in+miniature+pigs.">Influence of surface characteristics on bone integration of titanium implants. A histomorphometric study in miniature pigs.</a> J. Biomed. Mater. Res. 25 (7), 889-902 (1991).</li><li>Cochran, D., Schenk, R., Lussi, A., Higginbottom, F., Buser, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bone+response+to+unloaded+and+loaded+titanium+implants+with+a+sandblasted+and+acid-etched+surface:+a+histometric+study+in+the+canine+mandible.">Bone response to unloaded and loaded titanium implants with a sandblasted and acid-etched surface: a histometric study in the canine mandible.</a> J. Biomed. Mater. Res. 40 (1), 1-11 (1998).</li><li>Young, D. R., Robb, R. A., Rock, M. G., Chao, E. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+periprosthetic+tissue+formation+around+a+porous+titanium+endoprosthesis+using+CT-based+spatial+reconstruction.">Analysis of periprosthetic tissue formation around a porous titanium endoprosthesis using CT-based spatial reconstruction.</a> J. Comput. Assist. Tomo. 18 (3), 461-468 (1994).</li><li>Spoerke, E. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+bioactive+titanium+foam+scaffold+for+bone+repair.">A bioactive titanium foam scaffold for bone repair.</a> Acta Biomater. 1 (5), 523-533 (2005).</li><li>Jung, H. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+aligned+porous+Ti+scaffold+coated+with+bone+morphogenetic+protein-loaded+silica/chitosan+hybrid+for+enhanced+bone+regeneration.">Highly aligned porous Ti scaffold coated with bone morphogenetic protein-loaded silica/chitosan hybrid for enhanced bone regeneration.</a> J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 102 (5), 913-921 (2013).</li><li>Ryan, G. E., Pandit, A. S., Apatsidis, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+titanium+scaffolds+fabricated+using+a+rapid+prototyping+and+powder+metallurgy+technique.">Porous titanium scaffolds fabricated using a rapid prototyping and powder metallurgy technique.</a> Biomaterials. 29 (27), 3625-3635 (2008).</li><li>Vasconcellos, L. M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+titanium+scaffolds+produced+by+powder+metallurgy+for+biomedical+applications.">Porous titanium scaffolds produced by powder metallurgy for biomedical applications.</a> Mater. Res. 11 (3), 275-280 (2008).</li><li>Jung, H. D., Yook, S. W., Kim, H. E., Koh, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+titanium+scaffolds+with+porosity+and+pore+size+gradients+by+sequential+freeze+casting.">Fabrication of titanium scaffolds with porosity and pore size gradients by sequential freeze casting.</a> Mater. Lett. 63 (17), 1545-1547 (2009).</li><li>Jung, H. -. D., Jang, T. -. S., Wang, L., Kim, H. -. E., Koh, Y. -. H., Song, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+strategy+for+mechanically+tunable+and+bioactive+metal+implants.">Novel strategy for mechanically tunable and bioactive metal implants.</a> Biomaterials. 37, 49-61 (2015).</li><li>Tarng, Y. S., Ma, S. C., Chung, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+optimal+cutting+parameters+in+wire+electrical+discharge+machining.">Determination of optimal cutting parameters in wire electrical discharge machining.</a> Int. J. Mach. Tools Manufact. 35 (12), 1693-1701 (1995).</li><li>Jung, H. -. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+Freeze+Casting+for+the+Production+of+Porous+Titanium+(Ti)+Scaffolds.">Dynamic Freeze Casting for the Production of Porous Titanium (Ti) Scaffolds.</a> Mater. Sci. Eng. C. 33 (1), 59-63 (2013).</li><li>Lee, J. -. H., Kim, H. -. E., Shin, K. -. H., Koh, Y. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+the+strength+and+biocompatibility+of+porous+titanium+scaffolds+by+creating+elongated+pores+coated+with+a+bioactive,+nanoporous+TiO2.">Improving the strength and biocompatibility of porous titanium scaffolds by creating elongated pores coated with a bioactive, nanoporous TiO2.</a> Mater. Lett. 64 (22), 2526-2529 (2010).</li><li>Jung, H. -. D., Yook, S. -. W., Kim, H. -. E., Koh, Y. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+titanium+scaffolds+with+porosity+and+pore+size+gradients+by+sequential+freeze+casting.">Fabrication of titanium scaffolds with porosity and pore size gradients by sequential freeze casting.</a> Mater. Lett. 63 (17), 1545-1547 (2009).</li><li>Yook, S. -. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reverse+freeze+casting:+A+new+method+for+fabricating+highly+porous+titanium+scaffolds+with+aligned+large+pores.">Reverse freeze casting: A new method for fabricating highly porous titanium scaffolds with aligned large pores.</a> Acta Biomater. 8 (6), 2401-2410 (2012).</li><li>Yook, S. W., Yoon, B. H., Kim, H. E., Koh, Y. H., Kim, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+titanium+(Ti)+scaffolds+by+freezing+TiH2/camphene+slurries.">Porous titanium (Ti) scaffolds by freezing TiH2/camphene slurries.</a> Mater. Lett. 62 (30), 4506-4508 (2008).</li><li>Yook, S. W., Kim, H. E., Koh, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+porous+titanium+scaffolds+with+high+compressive+strength+using+camphene-based+freeze+casting.">Fabrication of porous titanium scaffolds with high compressive strength using camphene-based freeze casting.</a> Mater. Lett. 63 (17), 1502-1504 (2009).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

BIOMETAL sistemleri yaygın biyomedikal uygulamalar için kullanılmış olsa da, özellikle de, taşıyıcı malzemeler olarak, yüksek sertlik ve metal düşük biyo gibi büyük zorluklar olarak kabul edilmiştir. Bu çalışmada, yeni bir metal sistemi, biyomimetik mekanik özellikleri yanı sıra sürdürülebilir bırakma davranışı ile biyoaktif yüzeye sahip bir yoğunlaştırılmış gözenekli metal iskele imalat yöntemi kurdu. Bizim fabrikasyon yönteminin önemli avantajları 1) biz zaten geliştirilen ö...

Metalik biyomalzemeler yaygın nedeniyle mükemmel mekanik mukavemet ve esneklik, 1-3 yük taşıyan implantlar ve internal fiksasyon cihazları olarak kullanılmış olsa da iki kritik zorlukları içerir: 1) Mekanik uyuşmazlığı metaller biyolojik dokulara daha sert olduğu için, istenmeyen hasara yol genellikle yabancı cisim reaksiyonları (örneğin, enflamasyon veya tromboz) provoke çevre dokulara ve genellikle biyolojik dokularla yoksul bir arayüz ile sonuçlanır 2) düşük biyo-için. 4-6 Gözenekli metal iskeleleri iyileştirilmesi, yapılarda kemik büyümesini teşvik etmek için ileri sürülmüştür . Stres kalkan etkileri nedeniyle azaltılmış sertlik bastırılır ise kemik-implant temas 7-9 Dahası, çeşitli yüzey modifikasyonlar metalik implantların biyolojik aktivitelerini geliştirmek için uygulanmıştır; Bu tür modifikasyonlar, kaplamaya biyoaktif moleküllerin (örneğin, büyüme faktörleri için metal yüzeye sahiptirları) ya da ilaçlar (örn, vankomisin, tetrasiklin). 10-12 Ancak, bu tür gözenekli metal iskelelerinin azaltılmış mekanik özellikleri gibi sorunlar, sertlik ve biyoaktif kaplama tabakalarının hızlı salım hâlâ çözülememiştir azalmıştır. 13-16 Özellikle, titanyum (Ti) ve Ti alaşımları için, mükemmel mekanik özellikleri, kimyasal stabilite en popüler BIOMETAL sistemlerinden biri ve iyi biyolojik uygunluktur bulunmaktadır. 13,17-19 Bunların köpük şeklindeki uygulamalar da çeken 3D için artan bir ilgi gözenekli ağlar 20-22 çabalar polimerik sünger çoğaltma, metal parçacıklar, hızlı prototipleme (RP) yönteminin sinterleme dahil olmak üzere yeni üretim tekniklerini geliştirerek mekanik özelliklerini geliştirmek için yapılmıştır. kemik gibi mekanik özelliklerinin yanı sıra, kemik büyümesini teşvik ve gözenekler çeşitli özelliklerini kontrol etmek için uzay tutucu yöntemi (örneğin, gözenek fraksiyonu,şekil, boyut, dağıtım ve bağlantı) ve malzeme özellikleri (örneğin, metalik faz ve kirlilik). Son zamanlarda, su bazlı metal çamurunun donma döküm iyi hizalanmış gözenek ile mekanik gelişmiş Ti formlarını üretmek için büyük ilgi görmüştür 23-25 katılaşma sırasında tek yönlü buz dendrit büyümesini kullanarak yapılar; Ancak, su ile metal tozlarının temasından kaynaklanan oksijen kirlenme Ti iskelelerinin kırılganlığını en aza indirmek için özel bir bakım gerektirir. 14,15 Bu nedenle, biyolojik olarak aktif ve mekanik ayarlanabilir gözenekli Ti iskeleleri imal yönelik yeni bir yaklaşım geliştirmişlerdir. 25 iskeleleri, başlangıçta% 50&#39;nin üzerinde bir gözenekliliğe sahip, gözenekli bir yapıya sahiptir. Imal gözenekli iskeleleri sonuçta elde edilen gözeneklilik, mekanik özellikler ve ilaç salım davranışı başvurunun ile kontrol edildi sırasında mekanik bir pres kullanılarak biyolojik olarak aktif moleküller ile kaplanır ve daha sonra sıkıştırılaned süzün. Yoğunlaştırılmış gözenekli Ti implantlar kemik (3-20 GPa). 2 için kaplama tabakasının karşılaştırılabilir düşük sertliğe rağmen, iyi bir mukavemete sahip düşük bir gözenekliliğe göstermiştir, yoğunlaştırılmış gözenekli Ti biyo-etkinliği önemli ölçüde geliştirilmiştir. Üstelik, yoğunlaştırma işlemi ile oluşturulan eşsiz düz gözenek yapıları kaplanmış biyoaktif molekülleri yavaş yavaş, uzun bir süre boyunca etkinliğini muhafaza iskele açıklanacak görülmüştür. Bu çalışmada, biyomedikal uygulamalarda potansiyel kullanım için yoğunlaştırılmış gözenekli Ti iskeleleri imal etmek bizim kurulan yöntemi tanıttı. Protokol metal çamurları ve gözenekli iskeleleri sıklaştırılması ile dinamik donma döküm içerir. İlk olarak, Şekil 1A gösterildiği gibi dinamik donma döküm yöntemi tanıtıldı iyi süneklik ile gözenekli Ti iskeleleri imal etmek. Ti tozu, sıvı kamfen içinde dağıtılır; daha sonra, sıcaklık düşürülerekSıvı faz Ti tozu ağı ve bir katı kamfen kristalleri arasında faz ayrımı ile sonuçlanan, katılaştırıldı. Daha sonra, katılaşmış Ti-kamfen yeşil gövde içinde Ti tozlar, sürekli Ti dikmeler ile kondanse edildi sinterlenmiştir ve kamfen fazı tamamen gözenekli bir yapı elde etmek için uzaklaştırılmıştır. Elde edilen gözenekli iskeleleri ile kaplama ve yoğunlaştırma işlemi sıklaştırılması ve ilk gözeneklilik derecesi değişen kullanılmıştır. Kaplama tabakası ve serbest bırakma davranışı görüntülendi ve yeşil flüoresan proteini (GFP) GFP-kaplanmış, yoğun Ti göre ve yoğunlaştırma, gözenekli Ti -kaplı kullanılarak ölçüldü. Son olarak, iki farklı gözenekli yapılara sahiptir fonksiyonel aşamalı Ti iskeleleri önerilen ve gözenekli iskeleler iç ve dış parçaları yoğunlaştırılması derecesini değiştirmek suretiyle gösterildi.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Titanium powder</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>#42624</td>
			<td>-325 mesh, 99.5% (metals basis)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camphene</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>#456055</td>
			<td>95%, C10H16</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KD-4</td>
			<td>Croda</td>
			<td>&#173;</td>
			<td>Hypermer, polymeric dispersant</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffer Solution (PBS)</td>
			<td>Welgene</td>
			<td>ML 008-01</td>
			<td>&#173;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Green Fluorescent Protein (GFP)</td>
			<td>Genoss Co.</td>
			<td>-</td>
			<td>&#62;98% purity, 1mg/ml</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ball mill oven</td>
			<td>SAMHENUG ENERGY</td>
			<td>SH-BDO150</td>
			<td>&#173;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Freeze dryer</td>
			<td>Ilshin Lab.</td>
			<td>PVTFD50A</td>
			<td>&#173;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cold isostatic pressing (CIP) machine</td>
			<td>SONGWON SYSTEMS</td>
			<td>CIP 42260</td>
			<td>&#173;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vaccum furnace</td>
			<td>JEONG MIN INDUSTRIAL</td>
			<td>JM-HP20</td>
			<td>&#173;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>electical chaege machine</td>
			<td>FANUC robocut</td>
			<td>0iB</td>
			<td>External use</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Press machine</td>
			<td>CG&#38;S</td>
			<td>AJP-200</td>
			<td>&#173;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confocal laser scanning spectroscopy (CLSM)</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>FluoView FV1000</td>
			<td>External use</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of mechanically tunable and bioactive metal scaffolds for biomedical applications

Biometal systems have been widely used for biomedical applications, in particular, as load-bearing materials. However, major challenges are high stiffness and low bioactivity of metals. In this study, we have developed a new method towards fabricating a new type of bioactive and mechanically reliable porous metal scaffolds-densified porous Ti scaffolds. The method consists of two fabrication processes, 1) the fabrication of porous Ti scaffolds by dynamic freeze casting, and 2) coating and densification of the porous scaffolds. The dynamic freeze casting method to fabricate porous Ti scaffolds allowed the densification of porous scaffolds by minimizing the chemical contamination and structural defects. The densification process is distinctive for three reasons. First, the densification process is simple, because it requires a control of only one parameter (degree of densification). Second, it is effective, as it achieves mechanical enhancement and sustainable release of biomolecules from porous scaffolds. Third, it has broad applications, as it is also applicable to the fabrication of functionally graded porous scaffolds by spatially varied strain during densification.

Gözenekli Ti iskeleleri üretilmesi için kullanılan imalat süreci Şekil 1A&#39;da gösterilmiştir. Ti tozu, sıvı kamfen tamamen katılaştıktan ise, nispeten ağır Ti tozunun herhangi bir çökeltiler minimize edilebilir, 12 saat boyunca 44 ° C&#39;de kabın sürekli dönüşüyle ​​kamfen içinde homojen biçimde dağılmış ve tutulur. Burada 3-boyutlu birbirine büyük kamfen gözenekler Ti tozu faz (Şekil 1C) ile çevrilidir, Şekil 1B</stro...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Mechanically Tunable and Bioactive Metal Scaffolds for Biomedical Applications at JoVE.com

Fabrication of Mechanically Tunable and Bioactive Metal Scaffolds for Biomedical Applications

Bioactive and mechanically reliable metal scaffolds have been fabricated through a method which consists of two processes, dynamic freeze casting for the fabrication of porous Ti, and coating and densification of the Ti scaffolds. The densification process is simple, effective and applicable to the fabrication of functionally graded scaffolds.

Biyomedikal Uygulamalar için Mekanik ayarlanabilir ve Biyoaktif Metal iskelelerinin Fabrikasyon

Biometal systems have been widely used for biomedical applications, in particular, as load-bearing materials. However, major challenges are high stiffness ...

fabrication-mechanically-tunable-bioactive-metal-scaffolds-for

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Bioengineering

Unit 1

Transformations of Stress and Strain

SCIENTISTS IN ACTION

10.6K Görüntüleme.  Korea Institute of Industrial Technology. Bioactive and mechanically reliable metal scaffolds have been fabricated through a method which consists of two processes, dynamic freeze casting for the fabrication of porous Ti, and coating and densification of the Ti scaffolds. The densification process is simple, effective and applicable to the fabrication of functionally graded scaffolds.