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Publicação
Mimicking Mandibular Parts: Design and 3D Printing
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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Orientador(es)
Resumo(s)
This study examines the design and three-dimensional printing of mandible implants, a crucial aspect of craniofacial reconstructive surgery. Successful implants must possess both mechanical strength and biocompatibility to ensure effective integration with bone tissue. Zirconia, renowned for its exceptional mechanical properties and corrosion resistance, is a promising base material for this application. In this research, zirconia (YSZR – 3% yttria-stabilized zirconia) was combined with various additives, including a mixture of hemicellulose, cellulose, and lignin (HCL), hydrous magnesium silicate (HMS), calcium carbonate (CaC), calcium phosphate (CaP), and graphite (G), to create pastes that, upon sintering, exhibited properties comparable to those of natural mandible bone.
Among the formulations, a mixture of calcium phosphate and graphite exhibited the closest density to that of mandible bone, thus identifying it as a strong candidate for further investigation in bone implant applications. To evaluate biocompatibility, in vitro cell viability assays were conducted on a range of material formulations, including calcium phosphate and graphite mixtures, calcium carbonate and hydrous magnesium silicate, and calcium phosphate alone. The results demonstrated that calcium phosphate provided the optimal surface for cellular proliferation and adhesion, exhibiting superior performance in cellular growth and integration compared to other combinations.
These findings suggest that calcium phosphate may be a beneficial additive to zirconia in bone implant applications. While zirconia provides a strong and durable base, calcium phosphate significantly enhances its biological performance, creating a material that is both mechanically robust and conducive to cellular growth and tissue integration. This research underscores the importance of optimizing material composition and cellular compatibility for successful bone implant development, suggesting that further refinement of these zirconia-based pastes could lead to improved outcomes in complex mandibular reconstruction procedures.
Este estudo explora a conceção e a impressão tridimensional de implantes de mandíbula, um aspeto crucial da cirurgia reconstrutiva craniofacial. Os implantes eficazes devem possuir resistência mecânica e biocompatibilidade para garantir uma integração efetiva com o tecido ósseo. A zircónia, conhecida pelas suas excecionais propriedades mecânicas e resistência à corrosão, é um material de base promissor para esta aplicação. Nesta investigação, a zircónia (YSZR - 3% de zircónia estabilizada com ítria) foi combinada com vários aditivos, incluindo uma mistura de hemicelulose, celulose e lignina (HCL), silicato de magnésio hidratado (HMS), carbonato de cálcio (CaC), fosfato de cálcio (CaP) e grafite (G), para criar pastas que, após sinterização, apresentavam propriedades comparáveis às do osso natural da mandíbula. De entre as formulações, uma mistura de fosfato de cálcio e grafite apresentou a densidade mais próxima da do osso da mandíbula, identificando-a assim como um forte candidato para investigação futura em aplicações de implantes ósseos. Para avaliar a biocompatibilidade, foram efetuados ensaios de viabilidade celular in vitro numa série de formulações de materiais, incluindo misturas de fosfato de cálcio e grafite, carbonato de cálcio e silicato de magnésio hidratado e apenas fosfato de cálcio. Os resultados demonstraram que o fosfato de cálcio proporcionou a superfície ideal para a proliferação e adesão celular, apresentando um desempenho superior no crescimento e integração celular em comparação com outras combinações. Estes resultados sugerem que o fosfato de cálcio pode ser um aditivo benéfico para a zircónia em aplicações de implantes ósseos. Embora a zircónia forneça uma base forte e durável, o fosfato de cálcio melhora significativamente o seu desempenho biológico, criando um material que não só é mecanicamente robusto como também é propício ao crescimento celular e à integração de tecidos. Esta investigação sublinha a importância de otimizar a composição do material e a compatibilidade celular para o desenvolvimento bem-sucedido de implantes ósseos, sugerindo que um maior refinamento destas pastas à base de zircónia poderia levar a melhores resultados em procedimentos complexos de reconstrução mandibular.
Este estudo explora a conceção e a impressão tridimensional de implantes de mandíbula, um aspeto crucial da cirurgia reconstrutiva craniofacial. Os implantes eficazes devem possuir resistência mecânica e biocompatibilidade para garantir uma integração efetiva com o tecido ósseo. A zircónia, conhecida pelas suas excecionais propriedades mecânicas e resistência à corrosão, é um material de base promissor para esta aplicação. Nesta investigação, a zircónia (YSZR - 3% de zircónia estabilizada com ítria) foi combinada com vários aditivos, incluindo uma mistura de hemicelulose, celulose e lignina (HCL), silicato de magnésio hidratado (HMS), carbonato de cálcio (CaC), fosfato de cálcio (CaP) e grafite (G), para criar pastas que, após sinterização, apresentavam propriedades comparáveis às do osso natural da mandíbula. De entre as formulações, uma mistura de fosfato de cálcio e grafite apresentou a densidade mais próxima da do osso da mandíbula, identificando-a assim como um forte candidato para investigação futura em aplicações de implantes ósseos. Para avaliar a biocompatibilidade, foram efetuados ensaios de viabilidade celular in vitro numa série de formulações de materiais, incluindo misturas de fosfato de cálcio e grafite, carbonato de cálcio e silicato de magnésio hidratado e apenas fosfato de cálcio. Os resultados demonstraram que o fosfato de cálcio proporcionou a superfície ideal para a proliferação e adesão celular, apresentando um desempenho superior no crescimento e integração celular em comparação com outras combinações. Estes resultados sugerem que o fosfato de cálcio pode ser um aditivo benéfico para a zircónia em aplicações de implantes ósseos. Embora a zircónia forneça uma base forte e durável, o fosfato de cálcio melhora significativamente o seu desempenho biológico, criando um material que não só é mecanicamente robusto como também é propício ao crescimento celular e à integração de tecidos. Esta investigação sublinha a importância de otimizar a composição do material e a compatibilidade celular para o desenvolvimento bem-sucedido de implantes ósseos, sugerindo que um maior refinamento destas pastas à base de zircónia poderia levar a melhores resultados em procedimentos complexos de reconstrução mandibular.
Descrição
Palavras-chave
Implants Mandible 3D printing Zirconia Calcium Phosphate Calcium Carbonate