Przyrostowe wytwarzanie indywidualizowanych wypełnień ubytków kostnych na bazie materiałów ceramicznych

• Autorzy: Rusińska M. , Chlebus E. , Dobrzyński M.

Warianty tytułu

EN

Incremental manufacturing of individualized restorations of bone defects based on ceramic materials

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono metodę oraz wyniki badań obejmujące próbę dostosowania przyrostowej technologii selektywnego łączenia ziaren proszku do wytwarzania indywidualizowanych ceramicznych uzupełnień ubytków kostnych w oparciu o syntetyczny hydroksyapatyt. W dobie intensywnego rozwoju nowoczesnych technologii wytwórczych pojawia się coraz więcej możliwości wykorzystania ich szerokich możliwości w medycynie, szczególnie z uwagi na zapewnienie precyzyjnego odwzorowania anatomii pacjenta w oparciu o dane pochodzące z obrazowania medycznego. Przyrostowe wytwarzanie znalazło już zastosowanie w wytwarzaniu trójwymiarowych modeli fizycznych umożliwiających szczegółową analizę skomplikowanych przypadków oraz służących do planowania i symulacji operacji w celu zmniejszenia ryzyka oraz skrócenia czasu trwania zabiegu. Znane są również przypadki przeprowadzenia implantacji z wykorzystaniem indywidualizowanych implantów. Najczęściej wykorzystywanym materiałem w takich przypadkach są stopy tytanu, co niesie liczne ograniczenia: brak dopasowania własności mechanicznych, brak degradacji czy niepożądane reakcje obronne organizmu. Z tego powodu nieustannie trwają badania nakierowane na wytwarzanie bioakceptowalnych i biodegradowalnych materiałów, które posłużą wytwarzaniu czasowych konstrukcji wspomagających odbudowę naturalnej tkanki w miejscach ubytków. Niniejszy artykuł prezentuje metodę wytwarzania oraz przygotowania wszczepów z zastosowaniem biomateriału ceramicznego. W ramach prowadzonych badań wykonano analizę oraz dobrano odpowiednie materiały, parametry procesowe i przeanalizowano ich wpływ na jakość wytwarzanych modeli. Otrzymany w przygotowanej metodzie materiał do zastosowań medycznych poddano testom in vitro, w celu weryfikacji właściwości biologicznych.

EN

The paper presents the method and results comprising adjustment of the incremental technology of selective connection of the powder particles. It is used for the manufacturing of ceramic restorations of individualized bone defects based on synthetic hydroxyapatite. In the era of intensive development of modern technologies of manufacturing, there are more and more opportunities to use their extensive capabilities in medicine, particular by the precise mapping of the patient’s anatomy based on data from medical imaging. Incremental manufacturing has already found application in the manufacture of three-dimensional physical models enabling a detailed analysis of complicated cases and used for planning and simulation of operations to reduce the risk and duration of treatment. There are also known some cases of carrying out the implantation with the use of individualized implants. The most commonly used material in such cases are titanium alloys which cause many restrictions i.e., no matching of mechanical properties, lack of degradation or adverse reactions of the body’s defenses. For this reason, many research is being continuously conducted focusing on manufacturing bioacceptable and biodegradable materials, which will be used in manufacture of temporary structures supporting the restoration of the natural tissue in places of cavities. This paper presents a method of manufacturing and preparing implants using ceramic biomaterial. In this study, appropriate materials as well as process parameters have been chosen and their impact on the quality of the generated models was analyzed. Obtained material for medical use has been tested in vitro to verify biological properties.

Słowa kluczowe

PL

technologie przyrostowe; inżynieria tkankowa; materiały ceramiczne; hydroksyapatyt

EN

incremental technologies; tissue engineering; ceramic materials; hydroxyapatite

• Wydawca: Indygo Zahir Media
• Czasopismo: Inżynier i Fizyk Medyczny
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 5, nr 5
• Strony: 281--288
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Rusińska M.

• Katedra Technologii Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji, Politechnika Wrocławska, ul. I. Łukasiewicza 5, 50-371 Wrocław

autor

Chlebus E.

• Katedra Technologii Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji, Politechnika Wrocławska, ul. I. Łukasiewicza 5, 50-371 Wrocław

autor

Dobrzyński M.

• Katedra i Zakład Stomatologii Zachowawczej i Dziecięcej, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, ul. Krakowska 26, 50-425 Wrocław

Bibliografia

• 1. M.M. Pereira, J.R. Jones, L.L. Hench: Metallic materials – science and application as biomaterials, Biomaterials: fundamentals and applications, 2006, 39-58.
• 2. E. Giordani, A.M. Jorge, O. Balancin: Corrosion properties of two austenitic stainless steels used as biomaterials, Rapid Prototyping Journal, 10, 2003, 207-211.
• 3. M.E. Ramosoeu, H.K. Chikwanda, A.S. Bolokang, G. Booysen, T.N. Ngonda: Additive manufacturing: characterization of Ti-6Al-4V alloy intended for biomedical application, Southern African Institute of Mining and Metallurgy advanced metals initiative: light metals conference, Muldersdrift, 2010.
• 4. M. Terada, R.A. Antunes, A. Padilha, I. Costa: Corrosion resistance of three austenitic stainless steels for biomedical applications, Materials and Corrosion, 58, 2007, 762-766.
• 5. A.W. Blom, J.L. Cunningham, G. Hughes, T.J. Lawes, N. Smith, G. Blunn, I.D. Learmonth, A.E. Goodship: The compatibility of ceramic bone graft substitutes as allograft extenders for use in impaction grafting of the femur, J Bone Joint Surg Br., 87, 2005, 241-245.
• 6. J.F. Osborne, H. Newesely: The material science of calcium phosphate ceramics, Biomaterials 1, 1980, 108-111.
• 7. O.S. Schindler, S.R. Cannon, T.W. Briggs, G.W. Blunn: Composite ceramic bone graft substitute in the treatment of locally aggressive benign bone tumors, J. Orthop. Surg., 2008, 66-74.
• 8. O. Adamopoulos, T. Papadopoulos: Nanostructured bioceramics for maxillofacial applications, J. Mater. Sci. Mater. Med., 2007, 1587-1597.
• 9. M. Risbud, D.W. Hutmacher, M. Sittinger: Scaffold-based tissue engineering: rationale for computer-aided design and solid free- -form fabrication systems, Trend of Biotechnology, 22, 2004, 354-362.
• 10. E. Chlebus, M. Frankiewicz: Rapid Tooling in integrated development of injection moulds, International User’s Conference on Rapid Prototyping & Rapid Tooling & Rapid Manufacturing. High-tech solutions and best-practice concepts, 2005.
• 11. A.C. Guyton: Textbook of medical physiology, Philadelphia, Saunders, 1991.
• 12. S. Weiner, W. Traub, H.D. Wagne: Lamellar Bone, Structure-Function Relations, Journal of Structural Biology, 125, 1999, 241-255.
• 13. S. Dorozhkin: Calcium orthophosphates, Journal of Materials Science, 42, 2007, 1061-1095.
• 14. C. Nich, P. Bizot, R. Nizard, L. Sedel: Femoral reconstruction with macroporous biphasic calcium phosphate ceramic in revision hip replacement, Key Engin. Mater., 2003, 853-856.
• 15. D. Le Nihouannen, L. Duval, A. Lecomte, M. Julien, J. Guicheux, G. Daculsi, P. Lazrolle: Interactions of total bone marrow cells with increasing quantities of macroporous calcium phosphate ceramic granules, J. Mater. Sci. Mater. Med., 2007, 1983-1990.
• 16. K.A. Hing, L.F. Wilson, T. Buckland: Comparative performance of three ceramic bone graft substitutes, Spine Journal, 2007, 475-490.
• 17. T. Lerner, V. Bullmann, T.L. Schulte, M. Schneider, U. Liljenqvist: A level-1 pilot study to evaluate of ultraporous beta-tricalcium phosphate as a graft extender in the posterior correction of adolescent idiopathic scoliosis, European Spine Journal, 18, 2009, 170-179.
• 18. M.J. Mondrinos, R. Dembzynski, V. Byrapogu, D.M. Wootton, P.I. Lelkes, J. Zhou: Porogen-based solid freeform fabrication of polycaprolactone-calcium phosphate scaffolds for tissue engineering, Biomaterials, 2006, 25, 4399-4408.
• 19. M. Rusińska: Wytwarzanie scaffoldów ceramicznych technologiami generatywnymi, Rozprawa Doktorska, Wrocław 2013.
• 20. P.V. Giannoudis, T.A. Einhorn, D. Marsh: Fracture healing: the diamond concept, Injury, 38, 2007, 3-6.
• 21. C.E. Raposo-Amaral, D.F. Bueno, A.B. Almeida, V. Jorgetti, C. Costa, C.H. Gouveia, L.C. Vulcano, R.D. Fanganiello, M.R. Passos-­ Bueno, N. Alonso: Is bone transplantation the gold standard for repair of alveolar bone defects?, Journal Tissue Engeneering, 2014.
• 22. J.R. Porter, T.T. Ruckh, K.C. Popat: Bone tissue engineering: a review in bone biomimetics and drug delivery strategies, Biotechnol Prog., 2009, 1539-1560.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).