Graded Bioactive Coatings for Implants

用于植入物的分级生物活性涂层

基本信息

项目摘要

DESCRIPTION: The intent of this application is to focus on the continued development of novel glass and glass-ceramic (hydroxyapatite) coatings for metallic and ceramic implants. Our long term goal is to produce "smart" bioactive coatings with excellent adhesion to the substrate and long term stability. Implant materials represent an extreme challenge since they must satisfy many conflicting requirements. Indeed, as no single material can meet all these requirements, the use of coatings becomes essential. Such coatings represent further material challenges in that they require bonding to the substrate without compromising their primary functional properties. Our research has shown that the most advantageous strategy to overcome this challenge is to design functionally graded (FGM) glass and glass-ceramic coatings. This is a significant improvement over current commercial coating techniques such as plasma spraying, where the control of the coating composition and microstructure is severely limited. The graded design can also be extended for the fabrication of bioactive coatings providing local delivery platform for growth factors and drugs, to encourage positive and specific interactions between the coatings and their cellular and tissue environment and to deliver therapeutic agents. Nevertheless, in order to achieve this objective novel coating techniques and glass compositions need to be developed. The Specific Aims of this grant continuation are: 1) To test the hypothesis that novel glass systems can be developed for the fabrication of controlled graded coatings on diverse materials using different processing techniques; 2) To test the hypothesis that novel coating techniques can be combined to prepare graded coatings with structural and compositional control over micro to nano size-scales; 3) To test the hypothesis that alumina-zirconia nanocomposites have adequate mechanical properties, specifically strength, toughness and fatigue resistance, to be used for Dental applications and further that the coating techniques developed can be extended for use with ceramic structural materials; and 4) To test the hypothesis that in an animal model, bone-implant contact and bonding can be markedly enhanced for implants with graded coatings versus uncoated controls. The combination of novel materials and processing techniques with systematic mechanical and biological evaluation will allow us to develop a new family of coatings with an unprecedented (but necessary) level of microstructural control, optimized surface morphologies and controlled dissolution behavior. These coatings will be adaptable to a wide range of applications permitting much improved biointegration of implants.
描述:本应用的目的是集中于金属和陶瓷植入物的新型玻璃和玻璃陶瓷(羟基磷灰石)涂层的持续开发。我们的长期目标是生产具有良好粘附和长期稳定性的“智能”生物活性涂料。植入物材料代表了极端挑战,因为它们必须满足许多冲突的要求。确实,由于没有任何材料可以满足所有这些要求,因此涂料的使用变得至关重要。这种涂层代表了进一步的材料挑战,因为它们需要与基材键合的而不影响其主要功能性能。我们的研究表明,克服这一挑战的最有利的策略是设计功能分级(FGM)玻璃和玻璃陶瓷涂料。这是对当前商业涂料技术(例如等离子体喷涂)的显着改善,在该技术中,对涂料组成和微观结构的控制受到严重限制。分级设计还可以扩展,以制造生物活性涂层,从而为生长因子和药物提供局部输送平台,以鼓励涂料及其细胞和组织环境之间的积极和特定的相互作用并提供治疗剂。然而,为了达到目标,需要开发这种新颖的涂料技术和玻璃成分。该赠款延续的具体目的是:1)检验以下假设:可以使用不同的加工技术在不同材料上制造受控分级涂层的新型玻璃系统; 2)测试可以将新型涂料技术组合在一起的假设,以制备对微型尺寸对纳米大小的结构和组成控制的分级涂层; 3)检验氧化铝 - 锌纳米复合材料具有足够的机械性能,特别是强度,韧性和抗疲劳性的假设,可用于牙科应用,进一步可以扩展开发的涂层技术,以与陶瓷结构材料一起使用; 4)为了测试以下假设:在动物模型中,对于具有分级涂层与未涂层对照的植入物,可以显着增强骨骼植入物接触和粘结。新型材料和加工技术与系统的机械和生物学评估的结合将使我们能够开发出具有前所未有的(但必要)的微结构控制水平,优化的表面形态和受控溶解行为的新涂料家族。这些涂层将适应广泛的应用,允许大大改善植入物的生物整合。

项目成果

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