Doped TiO2 bone scaffolds: corrosion resistance combined with high compressive strength

Abstract

Tanntap kan ha stor påvirkning på et menneskes livskvalitet siden det kan lede til både estetiske utfordringer og funksjonsproblemer. Som et svar på den reduserte mekaniske belastningen som oppstår når man mister tannfunksjonen, begynner også kjevebenet rundt tanna å brytes ned. I dag har vi gode muligheter til å erstatte tenner og tapt tannfunksjon med tannimplantat, men det kan være stort sett umulig å feste et implantat hvis kjevebenet er redusert. For å støtte opp benet når det regenererer seg kan man bruke en porøs struktur som kalles for vekststillas. Disse vekststillasene gir beinet nok mekanisk support til at det kan motstå normal fysiologisk belastning på kjevebenet samtidig som det gir en åpen og sammenkoblet porestruktur som sikrer beinvekst og gjennomstrømming. De fysikalske egenskapene til vekststillasene må i tillegg være stabile gjennom hele beinvekstprosessen, og må kunne tåle lokale variasjoner i pH. Store forandringer i pH gjennom beinvekstprosessen kan lede til korrosjon hos keramiske vekststillas. Korrosjonen kan resultere i stort tap av styrke i vekststillaset og dermed påvirke vekststillasets evne til å gi mekanisk støtte til beinet gjennom tilvekstfasen. Motstandsdyktighet mot korrosjon er derfor en viktig egenskap for å promotere beintilvekst hos vekststillas. For å lage en veldig porøs keramisk TiO2 med store sammenkoblede porer som tillater beinvekst og gjennomstrømming ble replikametoden brukt i denne studien. For å kontrollere parameterne i prosessen som styrer de fysiske egenskapene hos vekststillaset ble en TiO2 slurry dopet med kationer brukt. Ved å tilsette toverdig klorsalt økte trykkfastheten hos vekststillaset, men dannelsen av en dopantrik korngrensefase ledet til økt korrosjon og redusert trykkfasthet i surt miljø. Et slikt surt miljø vil kunne oppstå i betennelsesfasen ved beinregenerasjon. En optimalisering av sintringsforholdene gav forhold som leder til mer gunstig ordning av de dannede SrTiO3-krystallene i TiO2-korngrensefasen som bibeholdt trykkfastheten hos vekststillaset også når det ble eksponert for surt miljø over en lengre tid. Ved å kombinere doping med kationer og optimalisering av sintringsprosessen produserte vi TiO2-vekststillas som var motstandsdyktige mot korrosjon og hadde økt trykkfasthet, uten å påvirke den ønskede porestrukturen.