Poly-L-lactic acid (PLLA), PLLA/hydroxyapatite (HA), PLLA/multiwalled carbon nanotubes (MWNTs)/HA, PLLA/trifluoroethanol (TFE), PLLA/gelatin, and carbon nanofibers (CNFs)/${\beta}$-tricalcium phosphate (${\beta}$-TCP) composite membranes (scaffolds) were fabricated by electrospinning and their morphologies, and mechanical properties were characterized for use in bone tissue regeneration/guided tissue regeneration. MWNTs and HA nanoparticles were well distributed in the membranes and the degradation characteristics were improved. PLLA/MWNTs/HA membranes enhanced the adhesion and proliferation of periodontal ligament cells (PDLCs) by 30% and inhibited the adhesion of gingival epithelial cells by 30%. Osteoblast-like MG-63 cells on the randomly fiber oriented PLLA/TEF membrane showed irregular forms, while the cells exhibited shuttle-like shapes on the parallel fiber oriented membrane. Classical supersaturated simulated body fluids were modified by $CO_2$ bubbling and applied to promote the biomineralization of the PLLA/gelatin membrane; this resulted in predictions of bone bonding bioactivity of the substrates. The ${\beta}$-TCP membranes exhibit good biocompatibility, have an effect on PDLC growth comparable to that of pure CNF membrane, and can be applied as scaffolds for bone tissue regeneration.
In the bone cement composed of dense granules of $\beta-Ca_3(PO_4){_2}(\beta-TCP)$ and $Ca(H_2PO_4){_2}H_2O$, the compressive strength, setting time and temperature rise were measured to observe the degradation of cement with respect to the stored days before setting. Decreases of compressive strength and temperature rise were observed, while setting time increased with respect to the stored days. The similar trends were repeated with the increase of temperature of storage. Such a change virtually meant the fading of the character of cement and it took place only when the two starting materials were mixed during storage. The degradation could be mitigated taking advantage of granular $\beta$-TCP instead of powdery one. The formation of $CaHPO_4$, which resulted from reaction with ambient humidity, was attributed to the degradation observed during storage. Dependence of the degradation behavior on mixing and temperature during storage was discussed in terms of the driving force for reaction of cement.
Biodegradable $\beta$-tricalcium phosphate ( $\beta$-TCP)/poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) composites were synthesized by in-situ polymerization with microwave energy. The influence of the $\beta$-TCP content in $\beta$-TCP/PLGA composites on the molecular weight, crystallinity, microstructure and mechanical properties was investigated. As the molecular weight of composites decreased, the $\beta$-TCP content increased up to 10 wt.%, while the excess addition of the $\beta$-TCP content above 10 wt.% the molecular weight increased with increasing of the $\beta$-TCP content. This behavior would be due to the superheating effect or nonthermal effect induced by microwave energy. It was found that the bending strength and Young's modulus of the $\beta$-TCP/PLGA composites was proportional to the molecular weight of PLGA. The bending strength of the $\beta$-TCP/PLGA composites ranged from 18 to 38 MPa, while Young's modulus was in the range from 2 to 6 GPa.
The effect of Ca/P mole ratio (Ca/P=1.60, 1.67, 1.75) in the initial solution on the mechanical properties of alumina added hydroxyapatite was investigated. Hydroxyapatite was synthesized by precipitation method using Ca(NO3)2$.$4H2O and (NH4)2HPO4 as starting materials and 5 wt% of ${\alpha}$-Al2O3 was added to precipitation solution. The powder was calcined at 800$^{\circ}C$ and sintered at 1,150∼1,400$^{\circ}C$ under water vapor atmosphere. With the increasing of Ca/P mole ration in the initial solution, the amount of tricalcium phosphate formed from the decomposition of hydroxyapatite reduced and the sinterability and mechanical properties were increased. The bending strength and Vickers hardness of the specimen sintered at 1,300$^{\circ}C$ with the Ca/P mole ratio of 1.75 in the initial solution were 230 MPa and 650 kg/$\textrm{mm}^2$, respectively. The improvement of mechanical properties was attributed to not only the effect of Ca/P mole ratio but also the strengthening of sintered body by Al substitution for P ions.
The bone cement used for vertebroplasty must be sufficiently injectable. The introduction of granules reduces the amount of liquid required for liquefaction, implying that higher fluidity is achieved with the same amount of liquid. By employing β-tricalcium phosphate granules with an average diameter of 50 ㎛, changes in injectability are observed based on the paste preparation route and granular fraction. To obtain acceptable injectability, phase separation must be suppressed during injection, and sufficient capillary pressure to combine powder and liquid must work evenly throughout the paste. To achieve this, the granules should be evenly distributed. Reduced injection rates are observed for dry mixing and excessive granular content, owing to phase separation. All these correspond to conditions under which the clustered granules weakened the capillary pressure. The injected ratio of the paste formed by wet mixing displayed an inverted U-type shift with the granular fraction. The mixture of granules and powder resulted in an increase in the solid volume fraction, and a decrease in the liquid limit. This resulted in the enhancement of the liquidity, owing to the added liquid. It is inferred that the addition of granules improves the injectability, provided that the capillary pressure in the paste is maintained.
Rawaa Y. Al-Rawee;Bashar Abdul-Ghani Tawfeeq;Ahmed Mothafar Hamodat;Zaid Salim Tawfek
Archives of Plastic Surgery
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v.50
no.5
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pp.478-487
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2023
Background The outcome of alveolar grafting with synthetic bone substitute (Osteon III) in various bone defect volumes is highlighted. Methods A prospective study was accomplished on 55 patients (6-13 years of age) with unilateral alveolar bone cleft. Osteon III, consisting of hydroxyapatite and tricalcium phosphate, is used to reconstruct the defect. Alveolus defect diameter was calculated before surgery (V1), after 3 months (V2), and finally after 6 months (V3) postsurgery. In the t-test, a significant difference and correlation between V1, V2, and V3 are stated. A p-value of 0.01 is considered a significant difference between parameters. Results The degree of cleft is divided into three categories: small (9 cases), medium (20 patients), and large (26 cases).The bone volume of the clefted site is divided into three steps: volume 1: (mean 18.1091 mm3); step 2: after 3 months, volume 2 resembles the amount of unhealed defect (mean 0.5109 mm3); and the final bone volume assessment is made after 6 months (22.5455 mm3). Both show statistically significant differences in bone volume formation. Conclusion An alloplastic bone substitute can also be used as a graft material because of its unlimited bone retrieval. Osteon III can be used to reconstruct the alveolar cleft smoothly and effectively.
Purpose: To overcome several drawbacks of chemically-crosslinked collagen membranes, modification processes such as ultraviolet (UV) crosslinking and the addition of biphasic calcium phosphate (BCP) to collagen membranes have been introduced. This study evaluated the efficacy and biocompatibility of BCP-supplemented UV-crosslinked collagen membrane for guided bone regeneration (GBR) in a rabbit calvarial model. Methods: Four circular bone defects (diameter, 8 mm) were created in the calvarium of 10 rabbits. Each defect was randomly allocated to one of the following groups: 1) the sham control group (spontaneous healing); 2) the M group (defect coverage with a BCP-supplemented UV-crosslinked collagen membrane and no graft material); 3) the BG (defects filled with BCP particles without membrane coverage); and 4) the BG+M group (defects filled with BCP particles and covered with a BCP-supplemented UV-crosslinked collagen membrane in a conventional GBR procedure). At 2 and 8 weeks, rabbits were sacrificed, and experimental defects were investigated histologically and by micro-computed tomography (micro-CT). Results: In both micro-CT and histometric analyses, the BG and BG+M groups at both 2 and 8 weeks showed significantly higher new bone formation than the control group. On micro-CT, the new bone volume of the BG+M group (48.39±5.47 ㎣) was larger than that of the BG group (38.71±2.24 ㎣, P=0.032) at 8 weeks. Histologically, greater new bone area was observed in the BG+M group than in the BG or M groups. BCP-supplemented UV-crosslinked collagen membrane did not cause an abnormal cellular reaction and was stable until 8 weeks. Conclusions: Enhanced new bone formation in GBR can be achieved by simultaneously using bone graft material and a BCP-supplemented UV-crosslinked collagen membrane, which showed high biocompatibility and resistance to degradation, making it a biocompatible alternative to chemically-crosslinked collagen membranes.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.17
no.3
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pp.253-260
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2017
As global warming became a worldwide issue, a significant effort has been made on the development of technology related to $CO_2$ capture and storage. Geologic sequestration of $CO_2$ is one of those technologies for safe disposal of $CO_2$. Geologic sequestration stores $CO_2$ in the form of supercritical fluid into the underground site surrounded by solid rock, and concrete is used for prevention of $CO_2$ leakage into the atmosphere. In such case, concrete may experience severe damage by attack of supercritical $CO_2$, and especially in contact with underground water, very aggressive form of carbonation can occur. In this work, to prevent such deterioration in concrete, calcium phosphates were added to the portland cement to produce hydroxyapatite, one of the most stable mineral in the world. Temperature rise, viscosity, set and stiffening, and strength development of cement paste incorporating three different types of calcium phosphates were investigated. According to the results, it was found that the addition of calcium phosphate increased apparent viscosity, but decreased maximum temperature rise and 28 day compressive strength. It was found that monocalcium phosphate was found to be inappropriate for portland cement based material. Applicability of dicalcium and tricalcium phosphates for portland cement needs to be evaluated with further investigation, including the long term compressive strength development.
Jae-Hong Lee;Hyun-wook An;Jae-Seung Im;Woo-Joo Kim;Dong-Won Lee ;Jeong-Ho Yun
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.53
no.4
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pp.306-317
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2023
Purpose: Biphasic calcium phosphate (BCP), a widely used biomaterial for bone regeneration, contains synthetic hydroxyapatite (HA) and β-tricalcium phosphate (β-TCP), the ratio of which can be adjusted to modulate the rate of degradation. The aim of this study was to evaluate the clinical and radiographic benefits of reconstructing peri-implant bone defects with a newly developed BCP consisting of 60% β-TCP and 40% HA compared to demineralized bovine bone mineral (DBBM). Methods: This prospective, multicenter, parallel, single-blind randomized controlled trial was conducted at the periodontology departments of 3 different dental hospitals. Changes in clinical (defect width and height) and radiographic (augmented horizontal bone thickness) parameters were measured between implant surgery with guided bone regeneration (GBR) and re-entry surgery. Postoperative discomfort (severity and duration of pain and swelling) and early soft-tissue wound healing (dehiscence and inflammation) were also assessed. Data were compared between the BCP (test) and DBBM (control) groups using the independent t-test and the χ2 test. Results: Of the 53 cases included, 27 were in the test group and 26 were in the control group. After a healing period of 18 weeks, the full and mean resolution of buccal dehiscence defects were 59.3% (n=16) and 71.3% in the test group and 42.3% (n=11) and 57.9% in the control group, respectively. There were no significant differences between the groups in terms of the change in mean horizontal bone augmentation (test group: -0.50±0.66 mm vs. control groups: -0.66±0.83 mm, P=0.133), postoperative discomfort, or early wound healing. No adverse or fatal complications occurred in either group. Conclusions: The GBR procedure with the newly developed BCP showed favorable clinical, radiographic, postoperative discomfort-related, and early wound healing outcomes for peri-implant dehiscence defects that were similar to those for DBBM.
Purpose: The objective of this study was to evaluate the interaction between 4-hexylresorcinol (4HR) and antibody as that affects the performance of a silk-4HR combination graft for soft tissue augmentation in an animal model. Methods: The silk graft materials consisted of four types: silk+10% tricalcium phosphate (TCP) (ST0), silk+10% TCP+1% 4HR (ST1), silk+10% TCP+3% 4HR (ST3), and silk+10% TCP+6% 4-HR (ST6). The antibody binding assay tested the 4HR effect and scanning electron microscopic (SEM) exam was done for silk grafts. The animal experiment used a subcutaneous pocket mouse model. The graft - SH0 or SH1 or SH3 or SH6 - was placed in a subcutaneous pocket. The animals were killed at one, two, and four weeks, postoperatively. The specimens were subjected to histological analysis and lysozyme assay. Results: Groups with 4HR applied showed lower antibody binding affinity to antigen compared to groups without 4HR. In the SEM examination, there was no significant difference among groups. Histological examinations revealed many foreign body giant cells in ST0 and ST1 group at four weeks postoperatively. Both ST3 and ST6 groups developed significantly lower levels of giant cell values compared to ST0 and ST1 groups (P < 0.001) at four weeks postoperatively. In the lysozyme assay, the ST1 and ST3 groups showed denser signals than the other groups. Conclusion: 4HR combined silk implants resulted in high levels of vascular and connective tissue regeneration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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