Bioaktivt glas

Bioaktivt glas (også bioglas ) er et biologisk aktivt materiale baseret på silikatglas , bestående af en glasagtig matrix og mikrokrystaller, der bruges til at genoprette knogler. Bioaktive briller er keramik, der kan interagere med kropsvæv [1] . Efter integration, i kontakt med spyt eller enhver fysiologisk væske, bidrager bioglas til dannelsen af ​​et lag af carboniseret hydroxyapatit og aktivering af endogen remineralisering af beskadiget væv [2] .

Bioaktive glas fremstilles hovedsageligt af siliciumdioxid med tilsætning af andre oxider . Den bedst kendte bioglasformulering er Bioglass 45S5, fremstillet af silica, natriumoxid , calciumoxid og fosforpentoxid . Den seneste udvikling gør det muligt at opnå bioaktive glas baseret på boroxid [3] og bruge polyesteradditiver [ 4] .

Opfindelser

Første opdagelser

Bioglas

Opfundet bioaktivt glas Amerikansk videnskabsmand Larry Hench ( engelsk  Larry L. Hench ). Imponeret over en tilfældig samtale med en oberst, der for nylig vendte tilbage fra Vietnamkrigen om manglen på medicinsk teknologi til at hjælpe med at redde lemmerne på de sårede, gik Hench i gang med at skabe biomaterialer, som ikke ville blive afvist af den menneskelige krop. Man kendte metoder til at rekonstruere beskadiget knoglevæv med implantater , men problemet var materialet til implantatet, som skal være biokompatibelt med vævet. I første omgang blev der givet fortrinsret til biologisk inerte materialer - korrosionsbestandige metaller, plast og keramik. Materialer som titanium og dets legeringer , rustfrit stål , keramik er ikke-giftige og modstandsdygtige over for kroppens biokemiske virkninger. Imidlertid har bioinerte materialer ikke fundet bred anvendelse i rekonstruktiv kirurgi på grund af manglen på bioaktive belægninger, der udelukker uundgåelige afstødningsreaktioner [5] .

Henchs team fandt ud af, at hydroxyapatit danner et ekstremt stærkt bånd med skelettet og er den vigtigste mineralske bestanddel af knogler . Forsøg med forskellige sammensætninger baseret på hydroxyapatit afslørede, at det stimulerer osteogenese og spiller en vigtig rolle i reguleringen af ​​calcium-phosphat-metabolismen i kroppen, og at de ønskede egenskaber kan opnås, hvis materialet formes til et porøst glas [6] .

I 1969 blev der opnået en glasprøve med et molekylvægtsforhold af komponenter: , senere kaldet Bioglass 45S5. Ted Greenlee, assisterende professor i ortopædisk kirurgi ved University of Florida, implanterede prøverne i rotter. Seks uger senere ringede Greenlee til Hench for at sige, at prøverne ikke kunne hentes [2] .

Således var Larry Hench i stand til at opnå et resultat, hvor det resulterende materiale var så fast integreret med knoglen, at det ikke kunne fjernes uden at beskadige knoglen [7] . Hench offentliggjorde sit første papir om emnet i 1971 i Journal of Biomedical Materials Research . Hans laboratorium fortsatte med at arbejde på projektet i de næste 10 år med fortsat finansiering fra den amerikanske hær . I 2006 var mere end 500 artikler om bioaktive briller allerede blevet publiceret af videnskabsmænd rundt om i verden [2] .

Udvikling af videnskab

Efter opdagelsen af ​​bioaktivt glas i 1969 blev en række internationale biomaterialesymposier iværksat af en række forskere, der hovedsageligt fokuserede på materialer til rekonstruktiv kirurgi. Efterhånden som disse symposier blev mere og mere populære, opstod ideen om at danne en specialiseret organisation for biomaterialer. Society for Biomaterials blev officielt etableret i USA i april 1974 [8] . I marts 1976 blev et lignende selskab ( The European Society for Biomaterials ) etableret i Europa [9] .

Stadierne af bioglasudvikling er betinget opdelt i fire perioder [10] :

  1. opdagelsens tidsalder (1969-1979);
  2. æra af klinisk brug (1980-1995);
  3. æraen med vævsregenerering (1995-2005);
  4. innovationens æra (2005 - efterfølgende år).

Indtil 1980'erne fokuserede forskningen på brugen af ​​bioglas i ortopædi og tandpleje til behandling af knogledefekter som følge af skade eller sygdom. Yderligere undersøgelser har vist, at opløsningsprodukterne som følge af nedbrydningen af ​​bioglas er i stand til at stimulere ikke kun osteogeneseprocessen, men også chondrogenese , som fører til dannelsen af ​​brusk . Interaktionen mellem bioglas og blødt bindevæv blev først demonstreret i 1981 af forskergruppen af ​​Dr. John Wilson [11] .

Ny rutevejledning

Borate briller

De grundlæggende sammensætninger, der blev brugt til at skabe nye formuleringer til fremstilling af bioaktivt glas, var hovedsageligt baseret på en matrix af siliciumdioxid . De fleste kommercielle bioaktive glas indeholder det som en vigtig komponent. Bindingsmekanismen i sådanne silicatbaserede bioglas er delvis opløsning på grund af tilstedeværelsen af ​​modificerende oxider ( og ), hvilket fører til dannelsen af ​​et silicagellag og efterfølgende udfældning af calciumphosphatlaget . Ved undersøgelse af andre glasdannende komponenter blev boratglas overvejet. De er relativt smeltelige, har en meget lavere viskositet end silikatglas og er kendetegnet ved et elasticitetsmodul, som er det højeste for glas med højt indhold af alkalioxider. Med fremkomsten af ​​rene boratglas begyndte deres undersøgelse til brug i biomedicinske praksis [12] .

Marina Nathalie Camille Richard var den første til at udforske erstatning for bioglas [12] .  I 2000 undersøgte Richard hastigheden af ​​dannelsen af ​​hydroxyapatit for det første boratglas i en sammensætning svarende til 45S5, men uden silica, sammenlignet med basissammensætningen af ​​45S5-glas med en lille mængde krystallinsk fase. For at vurdere dannelsen af ​​hydroxyapatit på glas blev en cellefri proces modelleret. Processen omfattede reaktionen af ​​boratglaspartikler i en phosphatopløsning af forskellig molaritet ved en temperatur på 37°C. Dannelsen af ​​hydroxyapatit blev bedst observeret i 0,1 M phosphatopløsning for begge glas. Reaktionsprodukterne er blevet undersøgt ved hjælp af røntgendiffraktion , infrarød spektroskopi , scanning elektronmikroskopi , energidispersiv spektroskopi og induktivt koblet plasma massespektrometri . Resultaterne af den cellefri model var positive og blev efterfulgt af yderligere undersøgelser af boratbioglas. Ved hjælp af MC3T3-E1- knogleceller er der udført in vivo -eksperimenter , der med succes har demonstreret knoglevævsvækst omkring boratglaspartikler, meget lig vævsvækst i Henchs 45S5-glasprøve. Den vellykkede biologiske aktivitet opnået med den første silica-fri glassammensætning blev taget som grundlag for andre sammensætninger [3] [12] .

Forskere ved Missouri University of Science and Technology ,  Steve Jung og Delbert Day , testede  effekten af ​​bioaktivt glas af forskellige sammensætninger på biologiske væsker (især blod). En af prøverne af boratbioglas, kaldet 13-93B3, indeholdt calciumoxid . Dets sammensætning i masseækvivalent omfattede følgende komponenter [13] : .

Den nye opfindelse var baseret på kroppens evne til at danne fibre af et særligt protein - fibrin - på beskadiget væv, som stopper blodplader og er skelettet til en blodprop . Formålet med projektet var at skabe et bioglas, der efterligner mikrostrukturen af ​​en fibrinprop. Ud fra sammensætningen af ​​13-93B3 har forskere lavet nanofibre i størrelse fra 300 nm til 5 mikron med høj plasticitet. Det nye materiale fik navnet DermaFuse [13] .

Efter test på laboratoriedyr blev der i 2011 udført kliniske forsøg på Phelps County Regional Medical Center (Missouri, USA) på patienter med risiko for amputation på grund af sårinfektion . Nogle patienter havde benvenesår, der ikke helede i mere end et år. DermaFuse nanofiberpuder blev brugt til at behandle sår. Alle tolv diabetespatienter med indikationer for amputation viste signifikant forbedring og sårheling med ringe eller ingen ardannelse . Derudover har DermaFuse vist sig at være skadelig for E. coli- , Salmonella- og Staphylococcus -bakterier [14] .

Polyesterkomponenter

De begrænsende faktorer i brugen af ​​bioaktive glas er deres lave styrke, skørhed og slagstyrke , hvilket ikke tillader dem at blive brugt til at skabe store fyldte produkter.

I 2016 udviklede et team af forskere fra Imperial College London og Bicocca University of Milan et nyt bioglas, der er vægtbærende og stødabsorberende og dermed efterligner de fysiske egenskaber ved levende brusk. Den bruger kvarts og polycaprolacton  , en biologisk nedbrydelig polyester med et lavt smeltepunkt. De fysiske egenskaber af polycaprolacton er meget tæt på egenskaberne af bruskvæv, det har tilstrækkelig fleksibilitet og styrke. De 3D- printede strukturer med den nødvendige form efter injektion øger væksten og regenereringen af ​​bruskceller. Det biologisk nedbrydelige implantat tillader patientens vægt at blive understøttet og tillader gang uden behov for yderligere metalplader eller andre implantater [15] [4] .

Genetisk teori

Ved hjælp af bioglas forsøger forskere også at finde løsninger på problemet med at starte vævsregenerering gennem aktivering af kroppens genopretningsprocesser.

Ionerne frigivet fra det bioaktive glas ved opløsning stimulerer cellegenerne til at regenerere og reparere sig selv.

- Genetisk teori  - Larry Hench

Den foreslåede teori forblev ubevist i praksis i lang tid. Bevis for teorien blev opnået gennem DNA-mikroarray- forskning . De første undersøgelser af mikroarrays på bioaktive briller viste deres effekt på aktiveringen af ​​gener forbundet med vækst og differentiering af osteoblaster . Understøttelse af den ekstracellulære matrix og stimulering af celle-til-celle og celle-til-matrix adhæsion blev forbedret af konditioneret cellekulturmedium indeholdende bioaktive glasopløsningsprodukter [16] .

Studiet af fem in vitro-modeller ved hjælp af DNA-mikroarrays ved hjælp af fem forskellige kilder til uorganiske ioner gav eksperimentelt bevis for den genetiske teori om osteogen stimulering. Den kontrollerede frigivelse af biologisk aktive ioner fra bioaktive glas resulterer i opregulering og aktivering af syv genfamilier i osteoprogenitorceller , der forårsager hurtig knogleregenerering. Larry Hench mente, at dette ville muliggøre udviklingen af ​​en ny generation af genaktiverende briller specifikt til vævsteknologi og in situ vævsregenerering. Hans resultater indikerer også, at den kontrollerede frigivelse af lavere koncentrationer af ioner ved opløsning af bioaktive glas kan bruges til angiogenese [17] .

Alkali-fri bioglas

Selvom formuleringer baseret på 45S5-formuleringen er blevet klinisk anvendt til mere end 1,5 millioner patienter, er de ikke uden ulemper. På grund af det høje indhold af alkalier er der blandt andet:

  • Høj opløsningshastighed, der forårsager hurtig resorption , hvilket kan påvirke balancen i knogledannelsen negativt, hvilket fører til dannelsen af ​​et hul mellem knoglen og implantatet;
  • Dårlig sintringsevne og tidlig krystallisation på grund af det snævre område af glasovergangstemperaturer (~550°C) og begyndelse af krystallisation (~610°C) forhindrer komprimering og fører til dårlig mekanisk styrke af materialet;
  • Cytotoksisk virkning forårsaget af høje doser af natrium, der udvaskes i dyrkningsmediet ;
  • Til behandling med stamceller i tilfælde af større rekonstruktion kræves brug af cellestilladser med en vis porøsitet utilgængelig for 45S5-sammensætningen [18] .

For at eliminere disse mangler blev en ny serie af alkalifrie sammensætninger baseret på diopsid , calciumfluorid-phosphat og tricalciumphosphat , kombineret i forskellige proportioner, udviklet. Så for eksempel giver sammensætningen, kaldet 70-Di-10FA-20TCP, dig mulighed for at lave "stilladser" til knoglevæv af enhver påkrævet størrelse, i modsætning til Bioglass 45S5.

70-Di-10FA-20TCP :

Surheden og partikelstørrelsen af ​​suspensionen af ​​dette materiale er lavere, hvilket giver dig mulighed for at reducere opløsningen til de ønskede grænser. Den bedste sintringsevne sikrer fuldstændig fortætning før krystallisation og giver mulighed for bedre mekanisk styrke af sammensætningen. Cellulære reaktioner in vitro viste god cellelevedygtighed og signifikant stimulering af knoglematrixsyntese, hvilket tyder på den mulige anvendelse af materialet til knoglevævsregenerering [18] .

Røntgenfaste biobriller

Kontrastmidler bruges til at forbedre visualiseringen i røntgendiagnostik . Når man arbejder med knoglevæv ved hjælp af bioaktive briller af klassiske sammensætninger, er det vanskeligt at forbedre visualiseringen af ​​resultaterne af strålingsforskningsmetoder . Røntgenfaste bioglas kendetegnes ved tilstedeværelsen af ​​yderligere oxider i sammensætningen, som gør det muligt at bruge glas som røntgenfast fyldstof til kompositmaterialer [19] . Det kan bruges som en røntgenfast komponent i tandplejen .

Eksempler:

Sådanne sammensætninger har imidlertid lave radiopacitetsværdier. Derudover er bariumoxid giftigt og reducerer glasets kemiske resistens. En løsning er at bruge wolframoxid i stedet for bariumoxid og bruge en anden røntgenfast komponent, strontiumoxid , for at øge røntgengennemsigtigheden. Derudover øger det den kemiske resistens og reducerer giftigheden af ​​briller.

Eksempel:

med en samlet mængde strontiumoxid og wolframoxid i området 20-30 % [20]

Opstillinger

Grundlæggende sammensætninger af bioaktivt glas:

  • 45S5:
  • 58S:
  • 70S30C:
  • S53P4:

S53P4 er et bioaktivt glas, der hæmmer bakterievækst [21] .

Henter

Valg af formel

Bioglas fås i forskellige former: partikler, granulat , pulver , pellets [27] . Ved ændring af proportionerne af det glasdannende stof og de alkaliske komponenter ændres bioglass egenskaber fra maksimal bioaktivitet til bioinerthed:

A. , B. : - biologisk aktivt glas, binder til knogler, nogle forbindelser binder til blødt væv;
  • Klasse A biobriller er osteoproduktive. De binder sig til både blødt væv og knogler. Hydroxyapatitlaget dannes i løbet af få timer.
  • Klasse B bioglas er osteoledende. Binder ikke til blødt væv. Dannelsen af ​​et lag af hydroxyapatit tager fra en til flere dage.
C .: - glas er ikke bioaktivt, næsten inert, indkapslet i fibrøst væv; D. : - biologisk aktivt glas, resorption inden for 10-30 dage; S. : ved - dannes der intet glas [10] .

Uden den store effekt på dannelsen af ​​en binding mellem bioglas og knoglevæv, kan noget erstattes af og noget med . Derudover kan en vis mængde erstattes af , hvilket vil ændre hastigheden af ​​glasresorption. For at lette materialebehandling, eller kan tilføjes . Aluminiumoxid hæmmer dog integrationen af ​​glas i vævet, så dets volumen i materialet er begrænset inden for 1-1,5 % [10] .

Hent metoder

De vigtigste metoder til fremstilling af bioaktivt glas og dets kompositter er pulveret, sol-gel-processen [28] [29] , smeltehærdning (herunder konventionel smeltekøling ), selvudbredende højtemperatursyntese og mikrobølgebestråling [30] .

Pulvermetoden består af tre hovedstadier: fremstilling af råmaterialer i form af et pulver, dannelse af et emne ved presning og varmebehandling for at øge materialets tæthed og styrke. Varmpresning og isostatisk presning anvendes ofte. Under stemplingsprocessen forekommer diffusion af atomer af det polykrystallinske materiale og en viskøs strømning af amorft glas [28] .

Kemiske metoder bruges også til at opnå høj molekylær homogenitet (homogenitet) og produktrenhed. En af disse metoder er omdannelsen af ​​en sol til en gel, som bruges til at opnå skummende og porøse bioaktive glaskeramik. Under sol-gel-processen forekommer hydrolyse af siliciumoxid med dannelsen af ​​en kolloid opløsning og dens efterfølgende polymerisering i en kondensationsreaktion med dannelsen af ​​en gel. Til tørring og hærdning af gelen kræver ikke en så høj temperatur som ved presning [28] .

Larry Henchs team producerede den første 45S5-sammensætning ved både smelte-quenching [10] og sol-gel-processer [31] :

  • i det første trin blandes reagenserne ved stuetemperatur ( hydrolyse og polykondensation finder sted samtidigt, indtil opløsningen er homogeniseret );
  • 2. fase - gelering;
  • varmebehandling ved 60 °C for at forhindre revner under tørring (gelen er kendetegnet ved et fald i porøsitet samt en betydelig forbedring i mekanisk styrke);
  • 4. trin - tørring for at fjerne væskefasen fra porerne ved en temperatur på 120 °C til 140 °C;
  • på det femte trin stabiliseres den tørrede gel under højtemperatur varmebehandling - omkring 700 °C [11] .

Mikrobølgemetoden består i, at prækursorerne opløses i deioniseret vand og placeres i et ultralydsbad til bestråling. Som et resultat af bestråling opnås et pulver, som efterfølgende tørres og kalcineres. Denne metode tager kort reaktionstid og kan bruges til at skabe monofasiske pulvere i nanostørrelse [30] .

I 2009 blev der udviklet en teknologi til fremstilling af bioglas nanofibre ved hjælp af laser "spinning". En lille mængde råmateriale smeltes med en højenergilaser for at producere en ultratynd filament, som derefter forlænges og afkøles af en kraftig gasstrøm. Fordelene ved teknologien er processens hastighed, nanofibre dannes inden for få mikrosekunder. Metoden gør det muligt at få glas nanofibre med en diameter fra tiendedele til hundrededele mikron. Den største ulempe ved laser "spinning" er, at der forbruges meget energi under produktionsprocessen [32] .

Egenskaber

De vigtigste krav til bioaktivt glas er overholdelse af et givet niveau af kemiske, mekaniske og biologiske egenskaber. Sammensætningerne skal have en given styrke, revnebestandighed, slidstyrke og udmattelsesbestandighed. Ved integration med væv for at give stimulering af osteosyntese og biokompatibilitet, bør der ikke være nogen reaktioner fra immunsystemet [24] .

Kemiske egenskaber

Fraværet af korrosion er bioglass største fordel og konstante egenskab. To hovedparametre reguleres af materialets sammensætning og påføringsmetode:

  • Evnen til at interagere med måldele af kroppen, hvilket eliminerer uønskede kemiske reaktioner med væv og interstitielle væsker.
  • Evnen til at opløses med en kontrolleret hastighed i overensstemmelse med den estimerede tid, der er fastsat for dannelsen af ​​det erstattede væv [24] .

Mekanisk styrke

Indikatorer for mekanisk styrke, herunder træthedsstyrke og revnebestandighed af biokeramik , bioglas og biositalls er betydeligt 10-100 gange lavere end for naturligt knoglevæv. Dette begrænser muligheden for at bruge en struktur lavet af bioaktivt glas til rekonstruktion af et organ med beskadiget knoglevæv. Bioglas, ikke som et hjælpestof, men som hovedmateriale, bruges kun til knogler, der ikke bærer væsentlige fysiologiske belastninger [5] . Eksempler er implantation af elektroder for at genoprette hørelsen i tilfælde af skade på hørenerven eller genoprettelse af tandrødder [24] . Bioglas kombineres normalt med polymerer og metaller. Med en bestemt opskrift og produktionsteknologi kan bioaktivt glas opnås i form af en ønsket porøs struktur med specificerede cellestørrelser og deres orientering. Sådanne glas kan tjene som fyldstof eller belægning i absorberbare polymerer - materialer designet til gradvist at nedbrydes og erstattes af værtens naturlige væv. Elasticitetsindekserne for de opnåede kompositmaterialer svarer til knoglens elastiske konstanter [28] .

Langsom afkøling af smelten af ​​glasdannende oxider i henhold til specielle temperaturregimer gør det muligt delvist at krystallisere glasset (i dette tilfælde dannes der oftest calciummetasilikat  - wollastonit ) og at opnå blandede, glaskeramiske materialer - biocetaler, som har højere mekaniske egenskaber sammenlignet med briller. Termisk behandling af bioglas reducerer indholdet af flygtigt alkalimetaloxid og udfælder apatitkrystaller i glasmatrixen. Det resulterende glaskeramiske materiale har en højere mekanisk styrke, men lavere biologisk aktivitet [25] .

Biologisk aktivitet

Begrebet "biologisk aktivitet" betyder et syntetisk materiales evne til aktivt at interagere med omgivende væv med dannelsen af ​​en direkte forbindelse med dem. Ved anvendelse af et biologisk aktivt materiale baseret på stoffer, der i kemisk og fasemæssig sammensætning i begyndelsen ligner knoglevæv eller er i stand til at danne sådanne stoffer på deres overflade som følge af biomimetiske processer af interaktion med omgivende væv og kropsvæsker, opfattes materialet af kroppen næsten som sit eget væv [5] . Nøgleelementet, der gør bioglas meget bioaktivt, er silicium . Hydrolyse af bioglas i den interstitielle væske fører til dannelsen af ​​et tyndt gel-lignende lag af kiselsyre på overfladen af ​​implantatet. Negativt ladede hydroxylgrupper på overfladen af ​​kiselsyrelaget tiltrækker ioner fra den omgivende interstitielle væskeopløsning , overfladeladningen bliver positiv, derefter aflejres phosphorsyreioner på overfladen  - hydroxyapatitlaget vokser. Som følge heraf kan overgangslaget mellem bioglas og knogle være op til 1 mm tykt og være så stærkt, at der vil opstå et brud et hvilket som helst andet sted, men ikke i fusionszonen [34] .

Bioaktivt glas danner en binding med knoglevæv meget hurtigere end biokeramiske materialer på grund af amorfi. Et vilkårligt amorft netværk opløses og interagerer med den interstitielle væske meget hurtigere end krystalgitteret af et keramisk materiale. På grund af dette dannes hydroxyapatit hurtigere end andre materialer [28] .

Ved at ændre sammensætningen af ​​biomaterialet er det muligt at ændre bioglassets bioaktivitet og resorberbarhed over et bredt område. Hvis materialet er bioaktivt, dannes knoglevæv, hvis det er bioresorberbart, erstattes materialet med knoglevæv [24] .

Ansøgning

Bioglas baseret på Bioglass 45S5 anvendes som små eller let belastede implantater i tandpleje og kæbekirurgi . Bioglass bruges i tandpleje og ortopædi til fremstilling af medicinske materialer, der stimulerer restaurering og eliminering af knogledefekter , til dannelse af tandfyldninger og fremstilling af tandpastaer. Enheder fremstillet med den sammensatte formulering af 45S5 kaldes Bioglass implantater. Med delvis eller fuldstændig krystallisation kaldes de Bioglass-keramiske implantater [35] . Blandt de mest succesrige kommercielle produkter er bioglass: Cortoss, Rhakoss, NovaBone [7] .

Ansøgninger

Hovedkilder: [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [30]

I tandplejen

I ortopædi

  • Til udfyldning af knoglehuler efter fjernelse af cyster , knogletumorer , lokal osteoporose .
  • Udskiftning af elementer af en fjernet eller beskadiget knogle under operationer, skader.
  • Udskiftning af elementer i hvirvlerne ved skader, osteoporose.

Ved operation

  • Til heling af skader og infektioner i blødt væv.

I neurokirurgi

  • For at erstatte elementer af en tabt eller beskadiget kranieknogle efter operationer, skader.

Ved kæbekirurgi

I veterinærmedicin

Anvendelsesområderne for bioaktive briller udvides fortsat [27] , og nye produkter til klinisk brug udvikles aktivt [43] .

Da de mekaniske egenskaber af bioglas er ringere end de mekaniske egenskaber af knoglevæv, tillader dette ikke deres anvendelse til fremstilling af implantater af støttende knogler. I denne henseende bruges glas til at danne bioaktive glaskeramiske belægninger på bioinerte substrater [44] . Af samme grund har glaskeramiske belægninger siden midten af ​​90'erne været aktivt brugt i dental implantologi. Belægninger kan påføres en overflade af enhver kompleksitet ved emaljering, aflejring fra et sol-gel-system, plasma, radiofrekvens, pulseret laseraflejring [45] eller brænding ved hjælp af en glasbinder- og slipdeponeringsteknologi . [46] .

Anvendelseseksempler på bioglas

I lang tid brugte kirurger bioglas i pulverform til at reparere knogledefekter ved at fylde små revner med det. Siden 2010 er dette pulver blevet hovedingrediensen i Sensodyne Repair and Protect tandpasta. Dette er den mest udbredte brug af bioaktivt materiale [15] .

Bioglass 8625 er et soda-kalkglas, der bruges til at forsegle implantater. Materialet har et betydeligt jernindhold, som takket være egenskaben til at absorbere infrarød stråling tillader materialet at polymerisere under en lyskilde. Den mest almindelige anvendelse af Bioglass 8625 er i RFID - transponderhuse til mikrochipning af mennesker og dyr [41] . Den amerikanske fødevare- og lægemiddeladministration (FDA) godkendte brugen af ​​Bioglass 8625 til mennesker i 1994, kun fire år efter, at det blev certificeret til brug i mikrochipning af dyr [47] .

Dermafuse er et bioglas baseret på 13-93B3 og bruges i medicin og veterinærmedicin. Sammensætningen virker i form af nanofiberservietter til langtidsbehandling af bløddelssår. Lim baseret på det bruges til hurtig behandling af mindre sår. Ved kontakt med væv ændres klæbemidlet fra en flydende til en fast tilstand, polymeriseres inden for få sekunder og forsegler såret [40] .

Biogran Bioglass er et osteoledende materiale, der anvendes til behandling af parodontale defekter. Størrelsen af ​​bioaktive granulat er i intervallet 300-355 mikron , de absorberes fuldstændigt i kroppen og går i opløsning som et resultat af Krebs-cyklussen . Knoglevæv vokser fra granulat til granulat og fylder hurtigt defekten med knoglevæv. Fuldstændig udskiftning med ny knogle sker inden for 9-12 måneder [48] .

Se også

Noter

  1. ↑ Medkov M. A., Grishchenko D. N. Patent RU 2 690 854 C1 "Metode til opnåelse af borholdigt bioaktivt glas" . Federal State Budgetary Institution of Science Institute of Chemistry, Fjernøstlige afdeling af det russiske videnskabsakademi (6. juni 2019). Hentet 30. juli 2019. Arkiveret fra originalen 30. juli 2019.
  2. ↑ 1 2 3 Hench, LL Historien om Bioglass  //  Journal of Materials Science in Medicine. - 2006. - December ( bind 17 , nr. 11 ). - P. 967-978 . - doi : 10.1007/s10856-006-0432-z . — PMID 17122907 .
  3. ↑ 1 2 Marina N. Richard. Bioaktiv adfærd af et boratglas  : [ eng. ] // Missouri University of Science and Technology. - 2000. - Marts. - S. 140. - Elektronisk OCLC # 906031023.
  4. ↑ 1 2 Kunstigt bruskvæv fra bioglas . ENG News - Engineering News (13. maj 2016). Hentet 31. juli 2019. Arkiveret fra originalen 31. juli 2019.
  5. ↑ 1 2 3 S.M. Barinov, V.S. Komlev. Biokeramik baseret på calciumphosphater  : [ rus. ] . — RAS Institut for fysiske og kemiske problemer med keramiske materialer. - M .  : Nauka, 2005. - ISBN 5-02-033724-2 .
  6. ↑ Mark Medovnik. Hvad er det lavet af? De fantastiske materialer, som moderne civilisation er bygget af . - Liter, 2019. - ISBN 504011754X , 9785040117543.
  7. ↑ 1 2 Bartov M.S. Afhandling "Nye bioteknologiske tilgange til skabelsen af ​​osteoinduktive materialer baseret på rhBMP-2-proteinet opnået ved mikrobiologisk syntese i escherichia coli" . FSBI Federal Research Center for Epidemiology and Microbiology opkaldt efter honorær akademiker N.F. Gamalei (2015). Hentet 30. juli 2019. Arkiveret fra originalen 30. juli 2019.
  8. ↑ Om Selskabet  . Selskabet for Biomaterialer. Hentet 31. juli 2019. Arkiveret fra originalen 31. juli 2019.
  9. ↑ ESBs  historie . European Society for Biomaterials . Hentet 24. august 2019. Arkiveret fra originalen 24. august 2019.
  10. ↑ 1 2 3 4 Bekir KARASU, Ali Ozan YANAR, Alper KOÇAK, Özden KISACIK. Bioaktive briller  : [ eng. ] // El-Cezerî Journal of Science and Engineering. - 2017. - Nr. 3 (15. juli). - S. 436-471. — ISSN 2148-3736 .
  11. ↑ 1 2 Elisa Fiume, Jacopo Barberi, Enrica Verné og Francesco Baino. Bioaktive briller: Fra forældre 45S5-sammensætning til stillads-assisteret vævshelende terapier // Journal of Functional Biomaterials. - 2018. - nr. 24 (16. marts). - doi : 10.3390/jfb9010024 .
  12. ↑ 1 2 3 Mona A. Ouis, Amr M. Abdelghany, Hatem A. ElBatal. Sintringsadfærd og egenskab af bioglasmodificeret HA-Al2O3-komposit // Sintringsvidenskab. - 2012. - Udgave. 44. - S. 141-149. - doi : 10.2298/SOS1203265W .
  13. ↑ 1 2 3 Der er skabt nanofibermateriale, som effektivt heler sår . Nano News Net (16. maj 2011). Hentet 31. juli 2019. Arkiveret fra originalen 31. juli 2019.
  14. ↑ Mo-Sci Corporation's DermaFuse: Succesfuld sårheling med boratglas  nanofibre . The American Ceramic Society (28. april 2011). Hentet 31. juli 2019. Arkiveret fra originalen 31. juli 2019.
  15. ↑ 1 2 David Cox. Fremtidens medicin: Hvordan bioglas vil revolutionere kirurgi . BBC Future (7. august 2017). Hentet 31. juli 2019. Arkiveret fra originalen 31. juli 2019.
  16. ↑ Subrata Pal. Design af kunstige menneskelige led og organer . - Springer Science & Business Media, 2013. - S. 68. - 419 s. — ISBN 146146255X , 9781461462552.
  17. ↑ Larry L. Hench. Genetisk design af bioaktivt  glas . ScienceDirect® . Journal of the European Ceramic Society // Bind 29 (7. april 2009). doi : S095522190800441X . Hentet 4. august 2019. Arkiveret fra originalen 4. august 2019.
  18. ↑ 1 2 José MF Ferreira, Avito Rebelo. De vigtigste funktioner, der forventes af et perfekt bioaktivt glas – Hvor langt er vi stadig fra en ideel sammensætning?  : [ engelsk ] ] // Biomedicinsk tidsskrift for videnskabelig og teknisk forskning. - 2017. - 7. september. — ISSN 2574-1241 . - doi : 10.26717/BJSTR.2017.01.000335 .
  19. ↑ Medkov M. A., Grishchenko D. N., Kuryavy V. G., Slobodyuk A. B. Tungsten-holdige radiopake bioaktive briller: præparation og egenskaber  = Institute of Chemistry FEB RAS // Glass and Ceramics. - 2018. - nr. 8 (august). - S. 40-45. — ISSN 0131-9582 .
  20. ↑ Pelesh A.M., Isobello Yu.N., Anyaykina N.P., Zhigar V.V., Isobello N.M., Myalik O.A. Røntgenfast glas, patent BY 13965 C1 2011/02/28 . Base for patenter fra Hviderusland (28. februar 2011). Hentet 7. august 2019. Arkiveret fra originalen 7. august 2019.
  21. ↑ Mateus Trinconi Cunha, Maria Aparecida Murça, Stanley Nigro, Giselle Burlamaqui Klautau, Mauro José Costa. In vitro antibakteriel aktivitet af bioaktivt glas S53P4 på multiresistente patogener, der forårsager osteomyelitis og protetisk ledinfektion  : [ eng. ] // BMC Infektionssygdomme. - 2018. - Nr. 18 (3. april). doi : 10.1186 / s12879-018-3069-x .
  22. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 The biomedical engineering handbook, bind 1 Arkiveret 7. april 2022 på Wayback Machine af Joseph D. Bronzino, Springer, 2000 ISBN 3-540-66351-7
  23. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Biomaterialer og vævsteknologi Arkiveret 24. december 2016 på Wayback Machine af Donglu Shi p. 27, Springer, 2004 ISBN 3-540-22203-0
  24. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Lovende uorganiske materialer med særlige funktioner. - Brugen af ​​bioglaskeramik - et foredragsforløb . Det kemiske fakultet, Moskva statsuniversitet. Hentet 31. juli 2019. Arkiveret fra originalen 1. november 2019.
  25. ↑ 1 2 Tekniske materialer til biomedicinske applikationer Arkiveret 28. maj 2013 på Wayback Machine af Swee Hin Teoh, s.6-21, World Scientific, 2004 ISBN 9812560610
  26. ↑ Afinogenov G.E. Ivantsova, T.M. Lysenok, L.N. Patent RU 2 103 013 C1 "Sammensætning til udfyldning af knoglehuler" . RNIITO dem. R.R. Wreden (27. januar 1998). Hentet 5. august 2019. Arkiveret fra originalen 5. august 2019.
  27. ↑ 1 2 Vidya Krishnan, T. Lakshmi. Bioglass: En ny biokompatibel innovation // Journal of Advanced Pharmaceutical Technology & Research. - 2013. - Nr. 4. - S. 78-83. - doi : 10.4103/2231-4040.111523 .
  28. ↑ 1 2 3 4 5 Larry Hench, Julian Jones. Biomaterialer, kunstige organer og vævsteknologi / A. Lushnikova. - Liter, 2017. - ISBN 5457371395 , 9785457371392.
  29. ↑ S.F. Zabelin, Zh.Yu. Konovalova. Analyse af teknologier til opnåelse af biokeramik til implantater Uchenye zapiski ZabGU. - 2016. - V. 11, nr. 4 (15. april). - S. 85-90. - doi : 10.21209/2308-8761-2016-11-4-85-90 .
  30. ↑ 1 2 3 Yaser Dahman. Biomaterialevidenskab og -teknologi: Grundlæggende og udviklinger . - CRC Press, 2019. - 258 s. — ISBN 0429878346 , 9780429878343.
  31. ↑ Larry L. Hench, Jon K. West. Sol-gel-processen // Kemiske anmeldelser. - 1990. - Nr. 1 (1. januar). - S. 33-72. - doi : 10.1021/cr00099a003 .
  32. ↑ Sabu Thomas, Preetha Balakrishnan, MS Sreekala. Grundlæggende biomaterialer: Keramik . — Woodhead Publishing Series in Biomaterials. - Woodhead Publishing, 2018. - S. 498. - ISBN 0081022042 , 9780081022047.
  33. ↑ Takamasa Onoki. Porøs apatitbelægning på forskellige metalliske materialer via lavtemperaturbehandling  : [ eng. ] // Biomaterials Science and Engineering , IntechOpen. - 2011. - 15. september. - doi : 10.5772/24624 .
  34. ↑ V.I. Putlyaev. Moderne keramiske materialer  : Lomonosov Moscow State University M.V. Lomonosov // Soros Educational Journal. - 2004. - V. 8, nr. 1. - S. 46.
  35. ↑ L. Hench, June Wilson, G. Merwin. Bioglass™ implantater til otologi . Proceedings of the First International Symposium "Biomaterials in Otology", Leiden, Holland (21. april 1983). Hentet 31. juli 2019. Arkiveret fra originalen 25. marts 2020.
  36. ↑ Dubok V.A., Gaiko G.V., Brusko A.T., Kindrat V.V., Shinkaruk A.V. Moderne uorganiske biomaterialer til knogletransplantation - måder og resultater til forbedring // VISNIK fra Ukrainian Medical Dental Academy. - V. 7, nr. 1-2. - S. 271-280.
  37. ↑ Samling af materialer fra den all-russiske ungdomsvidenskabelige konference. Aktuelle emner inden for biomedicinsk teknik // Saratov State Technical University opkaldt efter Gagarin Yu.A. - 2013. - 20. maj. — ISSN 978-5-9758-1489-0 .
  38. ↑ Grechukha A. M. Brugen af ​​bioaktivt glaskeramisk materiale "Biositall-11" til erstatning af knogledefekter i ansigtsskelettet (eksperimentelt klinisk studie) // FGU "Central Research Institute of Dentistry". – 2009.
  39. ↑ Keramiske og glaskeramiske materialer til medicin . studwood.ru _ Hentet: 25. september 2019.
  40. ↑ 1 2 Dermafuse™ Tissue Adhesive  3g . Millpledge Pharmaceuticals . Hentet 24. august 2019. Arkiveret fra originalen 24. august 2019.
  41. ↑ 1 2 RFID-transponder  glaskapsler . SCHOTT AG. Hentet 30. juli 2019. Arkiveret fra originalen 30. juli 2019.
  42. ↑ Knoglemateriale til sinusløft: en gennemgang af litteraturen . Konektbiopharm "Stop resorption" . Hentet: 2. oktober 2019.
  43. ↑ Yu. Inina. Fristende bioglas. Det kan revolutionere kirurgi // Medicinsk avis (Digest). - 2017. - Nr. 63 (25. august). - S. 15.
  44. ↑ M.A. Medkov, D.N. Grishchenko. Indhentning af bioaktive materialer til medicinske formål // Institut for Kemi i Fjernøstens gren af ​​det russiske videnskabsakademi. - 2015. - S. 409.
  45. ↑ A.V. Yumashev, A.S. Utyuzh, A.O. Zekiy. Nanoskala belægninger i dental implantologi . Innovativt Center for Udvikling af Uddannelse og Videnskab (11. oktober 2017). Hentet 29. september 2019. Arkiveret fra originalen 29. september 2019.
  46. ↑ T.S. Petrovskaya. Fysiske og kemiske baser og teknologier til opnåelse af biokompatible belægninger på titaniumimplantater og regulering af deres biologiske egenskaber . - 2013. - 12. april.
  47. ↑ Ministeriet for primære industrier. Fødevaresikkerhedsrisikovurdering for brug af PIT-mærker i SNA 1-mærkeprogrammet  : [ eng. ] // Rapport om fiskerivurdering i New Zealand. - 2018. - nr. 2 (januar). — ISSN 1179-5352 .
  48. ↑ Biomet, Inc. Biogran®-Resorberbart syntetisk materiale . Hentet 24. august 2019. Arkiveret fra originalen 24. august 2019.