The possible use of bioglass,, which is one of the surface active biomaterials, as implants materials has drawn great attention due to their ability to bond to human living tissue. In the present work, the investigation was carried out to find the bonding phenomena between alumina substrate and bioglass(45S5) or fluorine-containing bioglass(45S5$.$4F), and the properties of coated bioglass. The stable bonding between alumina and bioglass was formed when heat-treated at 1150$^{\circ}C$ for 120 minutes or at 1250$^{\circ}C$ for 30 minutes for the 45S5, and at 1150$^{\circ}C$ for 30 minutes for the 45S5$.$4F. When bioglass coated alumina was heat-treated, great amount of Al was diffused into bioglass from alumina substrate. More Al was diffused into fluorine-containing bioglass than into bioglass without fluorine. At early stage of heat-tretment, the diffused alumina content was increased with the square root of time and it was also increased with the thickness of coating layer and heat-treatment temperatures. The alumina content became constant after its saturation for longer heat-treatment time. Coated bioglasses were crystallized to Na2O$.$CaO$.$3SiO2 when heat-treated at lower temperature, and to CaO$.$SiO2 at higher temperature.
The possible use of bioglass as implant materials is due to its biocompatibility to human body. Even if many animal studies for the bioglasses have been performed, their compositional dependences of structures and physical properties are not fully understood. In the present work, physical property measurements such as density and thermal expansion coefficient were carried out for the bioglasses, with substitution of CaO for Na2O in bioglass composition (46.1%SiO2, 24.4%Na2O, 26.9%CaO, 2.6%P2O5:mol%). Hydroxyapatite formation on the glass surface was also examined after reacted in Tris-buffer solution. As CaO was substituted for Na2O, the bond strength between nonbridging oxygen and modifier became stronger to make glass structure rigid, and resulted in increase in density and decrease in thermal expansion coefficient. When the bioglasses were reacted in Tris-buffer solution, hydroxyapatite was formed on the bioglass surface for all prepared glasses in 2 hours, independently on CaO content, and the thickness of hydroxyapatite layer was decreased a little, while the thickness of SiO2 rich layer was decreased sharply with CaO content.
This study was designed to evaluate the bone formation capability of the bone substitute when compared with autogenic bone, freeze-dried demineralized allogeneic bone and bioglass into parietal bone of the rats. We made the parietal bone defects in $7{\times}7mm$ size on rats and has performed the bone graft in each experimental groups. Postoperatively 1, 2, 4, 6, 8, weeks, each specimen stained with H & E, Masson's trichrome methods. We evaluated the osteogensis capability in each groups. The result were as follow : 1. Inflammatory cell infiltration approached at 1 week and disappeared at 4 weeks in all experimental group, expecially severe in freeze-dried demineralized allogeneic bone group. 2. New capillry proliferation was increased in autogeneic bone graft group than any other groups and was increased till 2 weeks and decreased in freeze-dried demineralized allogeneic bone group and was few in bioglass group. 3. Osteoblastic activity increased in autogeneic bone and freeze-dried demineralized allogeneic bone groups till 4 weeks, and decreased in 6 weeks which no difference between these groups. But, few occurred in bioglass group till 6 weeks. 4. Initial osteoclastic activity was prominent in freeze-dried demineralized allogeneic bone group and few in autogeneic bone group. 5. New bone formation bega at 1 week in autograft and freeze-dried demineralized allogenic bone groups, but, mild new bone formation at 8 weeks in bioglass.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.37
no.5
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pp.380-385
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2011
Introduction: Hydroxyapatite ($Ca_{10}(PO_4)_6(OH)_2$, HA) is the main inorganic phase of human hard tissue that is used widely as the repair material for bones. When HA is applied to a bony defect, however, it can be encapsulated with fibrous tissue and float in the implanted area due to a lack of consolidation. Bioceramics as allogenic graft materials are added to HA to improve the rate and bone healing capacity. Fluoridated hydroxyapatite ($Ca_{10}(PO_4)_6(OH,F)_2$, FHA), where F- partially replaces the OH- in hydroxyapatite, is considered a good alternative material for bone repair owing to its solubility and biocompatibility. Materials and Methods: This study was designed to determine the bone healing capacity of FHA newly produced as a nanoscale fiber in the laboratory. HA and FHA with bioglass was implanted in a rabbit cranium defect and the specimen was analysed histologically. Results: 1. At 4 weeks, fibrous connective tissue and little bone formation was observed around the materials of the experimental group I implanted HA and bioglass. Newly formed bone was observed around the materials in the experimental group II implanted FHA and bioglass. 2. At 8 weeks, the amount of newly formed and matured bone was higher in experimental group II than in experimental group I and the control group. Conclusion: These results suggest that FHA and bioglass is a relatively favorable bone substitute with biocompatibility and better bone healing capacity than pure HA and bioglass.
The purpose of this study was to observe the effect of $Biocoral^R$ graft and bioglass 45S5 graft in combination with ePTFE membrane in periodontal osseous defects for new bone formation. Nine healthy dogs were used. Under general anesthesia, 3-wall defects were created on the mesial and distal surfaces of the maxillary right canines, the mesials of the maxillary right second premolars, the distals of the mandibular right canines and the mesials of the mandibular right third premolars. To induce periodontitis, a silicone rubber, $Provil^R$ light body, was injected under pressure into the defects. Ninety days later, $Provil^R$was removed and followed by thorough root planing. The followings were then applied in the mesial and distal defects of the maxillary right canines, the mesials of the maxillary right second premolars, the distals of the mandibular right canines and the mesials of the mandibular right third premolars by random selections : 1) ePTFE membrane only application, 2) $Biocoral^R$ graft, 3) $Biocoral^R$ graft and ePTFE membrane application, 4)Bioglass 45S5 graft, 5) Bioglass 45S5 graft and ePTFE membrane application. The membranes were removed 1 month later. The dogs were sacrified at 1, 2 and 3 months following the graft, and block sections were made, demineralized, embedded, stained and examined by light microscope and transmission electron microscope. On the sections from teeth treated with ePTFE membrane only, the defect demonstrated extensive connnective tissue and alveolar bone regeneration. The $Biocoral^R$ graft group demonstrated extensive bone regeneration compared with ePTFE membrane only group. In the $Biocoral^R$ graft plus ePTFE membrane group, regeneration of new alveolus and crest occurred within the defect. As the experimental period lengthened, bone regeneration was increased and bone bridge was formed among the graft particles. The but bioglass 45S5 graft group demonstrated extensive bone regeneration but the amount of new bone was less than that of the $Biocoral^R$ graft group. For the bioglass 45S5 graft plus ePTFE membrane group, the amount of new bone was also increased. As the experimental period lengthened, bone regeneration was increased. Multinucleated giant cells, fibroblasts and macrophages were observed. As the bone formation was increased, the number of such cells was decreased. In conclusion, the $Biocoral^R$ was found better than the bioglass 45S5 for new bone formation, and the use of ePTFE membrane alone or with $Biocoral^R$/bioglass 45S5 can be supported as potential methods of promoting bone formation.
Soliman, Islam El-Sayed;Metawa, Asem El-Sayed;Aboelnasr, Mohamed Abdel Hameed;Eraba, Khairy Tohamy
Korean Journal of Chemical Engineering
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v.35
no.12
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pp.2452-2463
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2018
Surface treatment of sol-gel bioglass is required to increase its biomedical applications. In this study, a dielectric barrier discharge (DBD) plasma treatment in atmospheric pressure was performed on the surface of [$SiO_2-CaO-P_2O_5-B_2O_3$] sol-gel derived glass. The obtained bioglass was treated by plasma using discharge current 12 mA with an exposure period for 30 min. The type of discharge can be characterized by measuring the discharge current and applied potential waveform and the power dissipation. Apatite formation on the surface of the DBD-treated and untreated samples after soaking in simulated body fluid (SBF) at $37^{\circ}C$ is characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-Ray diffraction (XRD), inductively coupled plasma (ICP-OES) and scanning electron microscopy coupled with energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS). We observed a marked increase in the amount of apatite deposited on the surface of the treated plasma samples than those of the untreated ones, indicating that DBD plasma treatment is an efficient method and capable of modifying the surface of glass beside effectively transforming it into highly bioactive materials.
Platelet-derived growth factor(PDGF) has been shown to play an important role in periodontal regeneration. The purpose of the present study was to examine the distribution of PDGF in experimentally created periodontal intrabony defects after flap surgery with various bone graft materials. Six healthy mongrel dogs were used in this study. Three-wall bony defects were created in maxillary and mandibular premolars, inflammation induced by wire ligation and injection of impression material into the defects. Eight weeks later, the experimental lesions thus obtained were treated by plain flap surgery(control group), flap surgery plus autogenous bone graft(autogenous bone group), flap surgery plus Biocoral graft(Biocoral group), or flap surgery plus bioglass graft(bioglass group), which were randomly assigned to the defects. After 4, H, and 12 weeks postoperatively, 2 dogs were sacrificed at each time and 1he specimens were taken for histological examinations and immunohistochemical examinations for PDGF. In the control defects the amount of new bone formation was minimal. In the autogenous bone and Biocoral group new bone was deposited around implanted particles and the amount of new bone was increased with time. A large number of bioglass particles exibited a central excabation and bone formation could be observed in the central excabation as well as around the particles. The expression of PDGF was low in the control group. The expression of PDGF in Biocoral group was increased at 1, H week, but decreased at 12 week. The increased PDGF expression in autogenous bone and bioglass group was maintained to the end of the experiment.
There have been many studies on the biological phenomena of Bioglasses, which nay be used as implant materials in human body. However, not many works on the Bioglass compositions have been reported. In the present study, the effect of Al2O3 substitution for SiO2 in Bioglass of Na2O-CaO-P2O5-SiO2 system on its structure and properties was examined. Infrared and Raman spectroscopic studies for the glass structural analysis, differential thermal analysis and X-ray diffraction analysis for crystallization of the glass were perfomed. Several physical properties, such as thermal expansion coefficient, softening point, microhardness and reaction phenomena, were also measured. The major crystalline phase, after heat treatment of the glasses, was Na2Ca2(SiO2)3 and the crystal was transformed into other phase with increased substitution of Al2O3. The added Al2O3 reduced non-bridging oxygen in glass structure and thermal expansion coefficient, but increased glass density, sofening point and microhardness. When the glasses are reacted in Tris-buffer solution, the substituted Al2O3 inhibited the formation of hydroxyapatite on the Bioglas surface, and no hydroxyapatite was formed for the sample which contained more than 6wt.% of Al2O3 even if they were reacted for 600 hours.
The possible use of bioglass as implant materials is due to its biocompatibility to human body. Even if many animal studies for the bioglasses have been performed, their structures and physical properties are not fully understood. In the present work, several investigations such as Raman spectroscopic analysis, density, thermal expansion coefficient, softening temperature, and refractive index measurement were carried out to find the structures and physical properties of bioglasses, where MgO is substituted for CaO in bioglass composition (46.1%SiO2, 24.4%Na2O, 26.9%CaO, 2.6%P2O5 ; mole%). Hydroxyapatite formation on the glass surface reacted in Tris-buffer solution was also examined. When CaO was replaced by MgO, nonbridging oxygen in glass structuer was diminished but the degree of disorder increased. Thermal expansion and softening properties showed the mixed oxide effect. Hydroxyapatite were formed on the surface of 0~11mole% of MgO containing bioglasses, and the thickness of SiO2-rich layer as well as hydroxyapatite layer were unchanged with MgO content. However, the hydroxyapatite was not formed on the surface of the bioglasses containing over 11 mole percent MgO, even if the glasses were reacted for long period.
Effects of ${AI_2O_3}/{P_2O_5}$ ratio on the crystallization of a series of glasses with the nominal composition of 41.4wt % $SiO_2$, 35.0wt % CaO, 20.6wt % (${P_2O_5}$+${AI_2O_3}$) and 3.0wt% MgO were investigated with DTA, XRD and SEM. The major crystalline phases are apatite and anorthite. The glass transition temperature ($T_g$) and the softening point ($T_s$) are shifted to the upper temperature by increasing $AI_2O_3$ content. The temperature of apatite crystallization ($T_{p1}$) is increased by $AI_2O_3$ content, but the tempera¬ture of anorthite crystallization ($T_{p2}$) is not affected significantly. With increased of $AI_2O_3$, the apatite crystallization is decreased, but anorthite crystallization is increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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