Hydroxyapatite(HA) has been extensively used as bone graft materials and tooth implant surface coating materials because of its biocompatibility and osteoconductive properties. However, as HA is intrinsically poor in mechanical properties, zirconia($ZrO_2$) was incorporated with HA as reinforcing phases for improvement of mechanical properties. The purpose of this study was to investigate the biological activities of HA-coated zirconia through the cell proliferation test, measurements of alkaline phosphatase activity, and histologic examination. Four kinds of tested blocks were prepared according to the pore size (300-500${\mu}m$/500-700${\mu}m$) and the porosity (70%/90%). Cell proliferation and alkaline phosphatase activity was measured at 1, 7, 14 days. The number of cells proliferate after 7, 14 days were significantly increased in all groups when compared with that of the first day, but there was no significant difference between the 4 groups at each time period. At the 7 day, alkaline phosphatase activities of cells cultured in 4 groups were higher than that of the first day, but there was no significant difference between the 4 groups at each time period. The human gingival fibroblast and MG 63 cell was used to evaluate the cell cytotoxicity using MTT test. The materials tested in the current study turned out to be non-cytotoxic. In histologic examination(SEM), at 1 day there were many cells attached on the surfaces of all kinds of tested blocks. The number of cells were increased over time. At the 14 day, there were more cells proliferated than 1 day and some of the pores of blocks were partially filled with the proliferated cells. The in vitro response of osteoblast-like cells to the HA-coated zirconia showed comparable effect on transformation comparable to hydroxyapatite.
Objectives : The fluoride coating for caries prevention and strengthen enamel use NaF(sodium fluoride, Junsei Chemical Co., Ltd, Japan) 2% gel, SnF2(stannous fluoride, SIGMA-ALDRICH Gmbh, USA)8% gel and APF(acidulated phosphate fluoride, Sultan health care, USA) 1.23% gel. Methods : After put the enamel piece in these fluoride compound gel, we observed density level. And after measuring the vickers hardness, Got the following conclusions. Results : 1. After settling in the APF 1.23% during 6 days, we observed high density level of enamel surface using 250 magnification scanning microscope. The vacuum of surface packed (in) like sardines. 2. After settling in the APF 1.23% during 6 days, we observed reducing the space between the cluster of enamel surface using 50,000 magnification scanning microscope. 3. The vickers hardness change was very much on the all kinds of fluoride compound gel[2% NaF(sodium fluoride)gel, 8% SnF2(stannous fluoride) gel, 1.23% APF(acidulated phosphate fluoride)gel]. It's all because of reducing the space between the cluster of enamel surface(p<0.001). Conclusions : The vickers hardness change was very much on the all kinds of fluoride compound. It's all because of reducing the space between the cluster of enamel surface.
A variety of titanium (Ti) and its alloys are used in the clinical procedures of bone regeneration for periodontal and dental implant therapies. This study was performed to determine the effect of different surface dental implant materials on biologic responses of a MG-63 human osteoblast-like cell line. MG-63 cells were cultured on Ti coated with hydroxyapatite (HA), calcium metaphosphate (CMP), anodized (A), which compared with non-coated Ti (control). The appearances of surface of dental implant materials and the morphology of these cells were assessed by scanning electron microscopy (SEM). The gene expression profiles of MG-63 cells cultured on Ti were examined by human cDNA microarray (1,152 elements). The expression of several genes was up- and down-regulated by different surfaces of dental implant materials. Interesting, the genes correlated with cellular adhesion and extra cellular matrix (ECM) formation were enhanced, in accordance surface morphology of the dental implant materials used.
Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hBMMSCs) must differentiate into osteogenic cells to allow for successful bone regeneration. In this study, we investigated the effects of different combinations of three soluble osteogenic differentiation-inducing factors [L-ascorbic acid (AC), ${\beta}$-glycerophosphate (${\beta}G$), and bone morphogenic protein-2 (BMP-2)] and the presence of a hydroxyapatite (HA) substrate on hBMMSC osteogenic differentiation in vitro. hBMMSCs were cultured in medium containing various combinations of the soluble factors on culture plates with or without HA coating. After 7 days of culture, alkaline phosphatase (ALP) activity, calcium deposition, and osteoprotegerin (OPG) and osteopontin (OPN) expression were measured. The effects of individual and combined factors were evaluated using a factorial analysis method. BMP-2 predominantly affected expression of early markers of osteogenic differentiation (ALP and OPG). HA had the highest positive effect on OPN expression and calcium deposition. The interaction between AC, ${\beta}G$, and HA had the second highest positive effect on ALP activity.
Development of biodegradable implants for treatment of complex bone fractures has recently become one of the priority areas in biomedical materials research. Multifunctional corrosion resistant and bioactive coatings containing hydroxyapatite $Ca_{10}(PO_4)_6(OH)_2$ and magnesium oxide MgO were obtained on Mg-Mn-Ce magnesium alloy by plasma electrolytic oxidation. The phase and elemental composition, morphology, and anticorrosion properties of the coatings were investigated by scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, potentiodynamic polarization, and electrochemical impedance spectroscopy. The PEO-layers were post-treated using superdispersed polytetrafluoroethylene powder. The duplex treatment considerably reduced the corrosion rate (>4 orders of magnitude) of the magnesium alloy. The use of composite coatings in inducing bioactivity and controlling the corrosion degradation of resorbable Mg implants are considered promising. We also applied the plasma electrolytic oxidation method for the formation of the composite bioinert coatings on the titanium nickelide surface in order to improve its electrochemical properties and to change the morphological structure. It was shown that formed coatings significantly reduced the quantity of nickel ions released into the organism.
Biomimetic whisker-like apatite was formed on thermally and NaOH-treated titanium powder in a simulated body fluid (SBF). In the early process of the SBF immersion, the surface structure of the titanium powder was loosened, possibly due to the dissolution of $Na^+$ ions on the surface of the titanium powder into SBF. When immersed for 7 days in SBF, fine precipitates appeared on the titanium surfaces; the coating layer (<200 nm in thickness) consisted of nanostructured, amorphous whisker-like and particulate phase, observed by TEM. With the extension of the immersion time to 16 days, the chrysanthemum flower type morphology of carbonated hydroxyapatite with a nanocrystallinity was developed on the surface of the titanium powder.
The purpose of this study was to examine the optimum condition of impulse during the anodic spark oxidation applying pulse current as well as to find the excellent condition for HA precipitation the after electrochemical hydrothermal treatment by cathode reduction method. After anodic spark oxidation, the anodized specimen and the Pt plate connected cathode and anode, respectively. Hydrothermal treatment performed at 90, 120, $150^{\circ}C$ for 2 hours in the electrolyte containing $K_2HPO_4$, $CaCl_2{\cdot}2H_2O$, Tris(Hydroxymethyl)-$(CH_2OH)_3\;CNH_2$(Aminomethane), and NaCl. The optimum impulse voltage for anodic spark oxidation was 350V. The optimum pulse cycle measured at 10 mS. The HA crystals precipitated excellently by cathode reduction at $150^{\circ}C$ for 2 hours. The phases of anatase, rutile, and HA coating on the surface of modified titanium surface immersed in Hanks' solution for 3weeks were detected by XRD measurement and the intensity of HA crystal phase has increased by temperature and time of hydrothermal treatment. According to the our experiments, we found that Pure Ti will be good materials of bioactivity and biocompatibility.
Ti-6Al-4V extra low interstitial (ELI) alloy has been widely used as an orthopedic implant material because of its excellent biocompatibility, corrosion resistance and mechanical properties. However, V-free titanium alloys such as Ti-6%Al-7%Nb and Ti-5%Al-2.5%Fe have recently been developed because of the toxicity of V. Hydroxyapatite (HA) is used as a coating material on Ti or Ti biomaterials due to its good biocompatibility. However, HA coated on Ti alloy causes a problem for tissue by peeling off during usage. Therefore, such peeling off during long time usage can be suppressed by adding HA in Ti or Ti alloy composites. The aim of this study was to manufacture an ultra fine grained (UFG) Ti-Nb-HA bulk alloy, which is usually difficult to fabricate using melting and casting technology, by rapid sintering process using high energy mechanical milled (HEMM) powder.
Commercially pure titanium (cp-Ti) and Ti alloys (typically Ti-6Al-4V) display excellent corrosion resistance and biocompatibility. Although the chemical composition and topography are considered important, the mechanical properties of the material and the loading conditions in the host have, conventionally. Ti and its alloys are not bioactive. Therefore, they do not chemically bond to the bone, whereas they physically bond with bone tissue. The electrochemical deposition process provides an effective surface for biocompatibility because large surface area can be served to cell proliferation. Electrochemical deposition method is an attractive technique for the deposition of hydroxyapatite (HAp). However, the adhesions of these coatings to the Ti surface needs to be improved for clinical used. Plasma electrolyte oxidation (PEO) enables control in the chemical com position, porous structure, and thickness of the $TiO_2$ layer on Ti surface. In addition, previous studies h ave concluded that the presence of $Ca^{+2}$ and ${PO_4}^{3-}$ ion coating on porous $TiO_2$ surface induced adhesion strength between HAp and Ti surface during electrochemical deposition. Silicon (Si) in particular has been found to be essential for normal bone and cartilage growth and development. Zinc (Zn) plays very important roles in bone formation and immune system regulation, and is also the most abundant trace element in bone. The objective of this work was to study electrochemical characteristcs of Zn and Si coating on Ti-6Al-4V by PEO treatment. The coating process involves two steps: 1) formation of porous $TiO_2$ on Ti-6Al-4V at high potential. A pulsed DC power supply was employed. 2) Electrochemical tests were carried out using potentiodynamic and AC impedance methoeds. The morphology, the chemical composition, and the micro-structure an alysis of the sample were examined using FE-SEM, EDS, and XRD. The enhancements of the HAp forming ability arise from $Si/Zn-TiO_2$ surface, which has formed the reduction of the Si/Zn ions. The promising results successfully demonstrate the immense potential of $Si/Zn-TiO_2$ coatings in dental and biomaterials applications.
생체적합성이 뛰어난 Hydroxyapatite(HAp)를 Wet Chemical Process로 만든 후 Ion Beam Assisted Deposition (IBAD)를 이용하여 Ti-6Al-4V의 표면에 coating 시켰다. 그런후 5ppm, 10ppm, 20ppm, 100ppm의 $AgNO_3$용액으로 HAp의 Ca이온과 Ag이온을 치환시켰다. 본 논문에서는 Ag-HAp로 coating된 Ti-6Al-4V를 만들어 항균효과와 생체적합성을 연구하였다. 먼저 생체 대체재료 이식수술시 감염이 큰 2가지 종류의 bacteria (P. Aeruginosa, S. Epidermidis)로 항균 test를 하였고, 그 결과 20ppm의 $AgNO_3$로 처리한 Ti-6Al-4V에서 우수한 항균성이 관찰되었다. 또한 생체적합성 연구을 위해 osteoblast와 macrophages로 생체적합성 실험을 하여 SEM으로 관찰한 결과, 5ppm과 10ppm의 $AgNO_3$로 처리한 Ti-6Al-4V 에서 좋은 생체적합성을 보였다. HAp의 Ca 이온에 치환된 Ag 이온의 항균원리를 관찰하기 위하여, 가장 일반적인 bacteria인 E. coli를 Ag-HAp로 처리한 후 transmission electron microscope (TEM)으로 관찰하였다. Ag-HAp로 처리한 E. coli에서 cell wall과 cytoplasm이 파괴된 것이 관찰되었고, cytoplasm에서는 검은점이 발견되었다. 이 검은점을 Energy dispersive analysis X-ray (EDAX)로 분석한 결과 미량의 Ag이온이 검출되었다. 이로써 Ag 이온이 효과적으로 Bacteria를 파괴하여 항균효과를 나타내는 것을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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