Pengembangan paduan memori bentuk titanium Nikel (NiTi-SMA) bertepatan dengan gagasan osteosintesis biologis (BO) dan merupakan bahan yang ideal untuk fiksasi internal ortopedi. Apakah unsur nikel menghasilkan sitotoksisitas? Bagaimana biokompatibilitas dari NiTi-SMA yang dimodifikasi permukaannya? Makalah ini mengulas kemajuan terkini, masalah dan arah pengembangan biokompatibilitas NiTi-SMA. Paduan memori bentuk titanium nikel (NiTi-SMA) memiliki keunggulan bobot yang ringan, kekuatan tinggi, ketahanan lelah, ketahanan korosi, dan ketahanan yang tinggi, menjadikannya biomaterial logam ortopedi yang menjanjikan [1]. Aplikasi penelitian NiTi-SMA meningkat dari tahun ke tahun, tetapi tidak ada cukup bukti untuk menunjukkan biokompatibilitasnya untuk implantasi jangka panjang ke dalam otot [2]. Berdasarkan aplikasi biomaterial logam selama bertahun-tahun seperti swan-like memorably-compressive connector (SMC), kami merangkum histokompatibilitas dan sitotoksisitas paduan NiTi untuk memberikan dasar pemilihan bahan NiTi-SMA untuk pengembangan dan penelitian lebih lanjut. 1. Biokompatibilitas dan sitotoksisitas bahan Ni dan Ti Efek biomaterial pada inang setelah implantasi ke dalam organisme adalah proses yang sangat kompleks, dan tiga reaksi biologis utama terjadi, yaitu reaksi jaringan, reaksi darah dan reaksi kekebalan, yang penting untuk evaluasi biokompatibilitas. Mengenai penentuan biokompatibilitas, beberapa kondisi harus dimasukkan: (1) jenis dan jumlah sel inflamasi; (2) tingkat distribusi vaskular; (3) ada atau tidaknya pembentukan membran enkapsulasi; (4) ada atau tidaknya steatosis; (5) analisis histokimia dan biokimia jaringan yang berdekatan dengan implan; (6) analisis biokimia jaringan yang jauh dari implan; dan (7) perubahan penampilan dan struktur implan logam. Di antara logam-logam yang berpotensi beracun bagi manusia, nikel adalah yang kedua setelah perak dalam hal toksisitas. Jika bahan nikel saja ditanamkan dalam organisme, unsur nikel yang tercuci akan sangat sitotoksik. Setelah masuk ke dalam organisme, nikel diendapkan terutama di kulit, sistem saraf pusat, ginjal, dan hati [3]. Nikel mampu mengikat asam ribonukleat (RNA) dan protein serta mendepolimerisasi RNA dan protein, nikel juga menghambat kontraksi otot dan mengganggu enzim. Konsentrasi nikel yang rendah (15-30ug/ml) dapat menghambat pertumbuhan fibroblas yang dikultur secara in vitro. Ketika nikel diserap ke dalam aliran darah, nikel dapat berkompleks dengan alpha-macroglobulin untuk membentuk enzim fibrinolitik nikel. Nikel unsur murni dan garam nikel telah terbukti memiliki efek karsinogenik, dengan nikel sulfida (Ni3S2) dan nikel sulfida (NiS) bersifat karsinogenik. Selain itu, nikel adalah salah satu alergen logam yang paling umum. Sebaliknya, paduan β-titanium modern, cenderung memilih elemen dengan biokompatibilitas yang lebih baik dan mencoba membuang elemen sitotoksik. Misalnya, vanadium dalam paduan titanium merangsang produksi lebih banyak faktor resorpsi tulang oleh megalofil, dan sitokin ini memainkan peran penting dalam pelonggaran implan, sehingga paduan titanium saat ini bebas dari unsur-unsur beracun seperti vanadium dan aluminium. Dibandingkan dengan Ti-6Al-4V, fiksasi dengan bidai Ti-Nb-Zr yang dikeraskan permukaannya lebih kuat dan kemungkinan infeksi pasca operasi berkurang. 2. Biokompatibilitas dan sitotoksisitas paduan NiTi Paduan NiTi mengandung sekitar 50% nikel, bagaimana biokompatibilitasnya ketika digunakan sebagai implan manusia? Apakah unsur nikel menghasilkan sitotoksisitas? Studi eksperimental dan klinis jangka panjang diperlukan untuk memahami bahan implan in vivo sebelum kesimpulan dapat dicapai. Ada beberapa perubahan dalam metode penelitian mengenai biokompatibilitas paduan NiTi: (1) lebih banyak osteoblas, fibroblas, dan sel endotel yang digunakan dalam percobaan in vitro; (2) baja tahan karat, Ti-6Al-4V, dan bahan logam lainnya digunakan sebagai kontrol dengan paduan NiTi; (3) jumlah percobaan in vivo telah meningkat; (4) kombinasi berbagai metode analisis: seperti sifat ultramikroskopik antarmuka sel-material, reaksi antarmuka sel-material, reaksi histologis jaringan lunak di sekitar implan, dan apakah ada efek buruk pada produksi tulang baru. Saat ini, sebagian besar sarjana percaya bahwa paduan NiTi adalah bahan yang aman untuk implantasi in vivo, dengan merangkum alasan-alasannya sebagai berikut: (1) film passivasi pada permukaan paduan NiTi terutama terdiri dari titanium oksida dan hanya mengandung nikel dalam jumlah yang sangat kecil, yang merupakan alasan mendasar untuk respons jaringan yang baik; (2) nikel dalam paduan NiTi ada dalam keadaan kemotaktik, dan bahkan jika ada disosiasi dalam tubuh manusia, itu masih dalam jumlah yang sangat kecil; (3) sitotoksisitas yang diamati dalam reaksi percobaan in vitro disebabkan oleh konsentrasi nikel secara bertahap, suatu kondisi yang tidak mungkin berkembang di lingkungan in vivo. Bogdanski D et al [4] meneliti biokompatibilitas paduan NiTi menggunakan sel osteosarcoma mirip osteoblast (SAOS-2, MG-63), fibroblas primer manusia (HOB) dan fibroblas murine (3T3). Kapanen A et al [2, 5] menggunakan ROS-17 yang mirip osteoblas dalam ko-kultur dengan baja tahan karat, titanium murni, dan nikel murni, masing-masing Paduan NiTi dikonfirmasi memiliki lebih sedikit korosi permukaan dan diterima dengan baik oleh sel; osteoblas dan fibroblas manusia bersifat sitokompatibel ketika dikultur bersama dengan paduan NiTi, dan pelepasan nikel telah mencapai tingkat yang mirip dengan baja tahan karat setelah 2 d kultur. armitage DA et al [6] melakukan studi sitotoksisitas dan kompatibilitas dengan fibroblas dan sel endotel, dan permukaan paduan NiTi dalam pengujian Tidak ada perbedaan antara kedua sitokompatibilitas; reaksi hemolitik yang disebabkan oleh paduan NiTi tidak berbeda dari baja tahan karat 316L dan titanium yang dipoles; tes trombosit menggambarkan bahwa paduan NiTi yang dipoles secara signifikan berkontribusi terhadap trombosis dibandingkan dengan baja tahan karat 316L dan titanium yang dipoles, sedangkan paduan NiTi yang diolah dengan panas secara signifikan mengurangi trombosis. Dalam studi eksperimental in vivo, Kujala S et al [7] menggunakan paku intramedullary NiTi yang ditempatkan di tulang murine dan menemukan bahwa paku tersebut dapat meningkatkan penyembuhan tulang dan pembentukan tulang baru terutama tulang anyaman. -Kapanen A et al [8] mengambil NiTi-SMA, baja tahan karat dan Ti-6Al-4V (titanium-6%aluminium-4%vanadium) dan menanamkannya pada tikus selama 8 minggu. terdeteksi mendekati normal, dan lebih banyak tulang rawan dan jaringan tulang yang diinduksi; BMD berkurang pada kelompok baja tahan karat dan Ti-6Al-4V, menunjukkan bahwa NiTi-SMA memiliki biokompatibilitas yang baik. 3. Modifikasi permukaan dan sitotoksisitas NiTi-SMA Para sarjana di dalam dan luar negeri telah membuat banyak pekerjaan pada pemrosesan dan pembuatan NiTi-SMA dan perawatan pengoptimalan permukaan, dan ada berbagai metode untuk memperlakukan permukaan NiTi-SMA [9]. Namun, dapatkah perawatan permukaan meningkatkan biokompatibilitasnya? Metode perawatan permukaan mana yang lebih efektif untuk digunakan? Bagaimana cara meningkatkan sifat permukaan material? Semua adalah tantangan saat ini yang perlu dipecahkan. Biokompatibilitas yang baik dan ketahanan korosi NiTi-SMA terkait erat dengan film oksida permukaannya, yang membantu menjaga NiTi-SMA relatif inert di bawah lingkungan fisiologis. Perlakuan oksidasi permukaan meliputi perlakuan panas, pemolesan mekanis, dan elektropolishing; mikroskop elektron, difraksi sinar-X, dan spektroskopi foton titik sinar-X diperlukan untuk studi analitik antarmuka dan permukaan. Thierry et al [10] menyimpulkan bahwa biokompatibilitas dan ketahanan korosi yang baik dari NiTi-SMA berasal dari distribusi seragam lapisan oksida di permukaannya, yang terutama terdiri dari titanium oksida, dengan distribusi nikel yang minimal. yang memiliki distribusi nikel minimal. Armitage DA et al [6] dengan studi sitotoksisitas, perlakuan panas paduan NiTi dapat secara signifikan mengurangi trombosis; dan oksidasi unsur nikel pada permukaan material mengurangi konsentrasi unsur nikel di permukaan. Firstov GS et al [11] menggunakan metode termogravimetri untuk menganalisis kinetika oksidasi, menunjukkan kebiasaan oksidasi yang berbeda pada sekitar 500 ° C, 500 ° C – 600 ° C dengan daerah bebas nikel di lapisan oksida; oksidasi 500 ° C menghasilkan lapisan oksida bebas nikel pelindung yang mengandung unsur nikel dalam jumlah yang relatif kecil di antarmuka udara-oksida. Teknologi electropolishing, yaitu penggunaan metode electropolishing plus passivasi kimiawi untuk merawat permukaan paduan NiTi, penelitian pendahuluan menunjukkan bahwa: metode ini dapat membentuk lapisan oksida yang sangat tipis pada permukaan logam, sehingga penyelesaian material dan ketahanan korosi meningkat secara signifikan; dapat membuat pelepasan unsur nikel ke tingkat tidak beracun secara in vivo. Metode perawatan permukaan umum lainnya adalah injeksi ion, penyemprotan plasma hidroksiapatit, dll. Perlakuan permukaan kimiawi merupakan proses yang sederhana dibandingkan dengan perlakuan permukaan lainnya, dan dapat membentuk lapisan modifikasi yang seragam pada permukaan material berbentuk kompleks. Diantaranya, perlakuan plasma adalah salah satu cara penting untuk modifikasi permukaan, yang memerlukan penggunaan OSCE AES dan pemindaian mikroskop elektron SEM untuk studi analitik antarmuka material. studi oleh Tan L et al [12] menemukan bahwa perlakuan plasma memiliki efek yang besar pada rasio Ti / Ni permukaan paduan NiTi, yang dapat menyebabkan bias atau pengayaan elemen Ni dan Ti di permukaan, di mana pengayaan elemen Ti meningkatkan aktivitas permukaan material dan memfasilitasi ikatan paduan NiTi dengan film polimer. Ketika plasma DC memperlakukan permukaan sampel, komponen elektrodanya akan diendapkan ke permukaan sampel. Unsur aluminium berbahaya bagi tubuh manusia, oleh karena itu, dari perspektif keamanan bahan medis, perangkat perawatan plasma DC tidak boleh menggunakan elektroda aluminium, dan disarankan untuk menggunakan metode perawatan plasma RF. Perlakuan pelapisan pada permukaan paduan NiTi, seperti penyemprotan tetrafluorcethlene terpolimerisasi (PPFTE), dapat meningkatkan ketahanan korosi, mengurangi pelepasan ion nikel, dan mengurangi sitotoksisitas paduan NiTi. Choi J et al [13] merendam paduan dalam larutan kalsium fosfat jenuh. Ketebalan lapisan kalsium fosfat dikontrol oleh waktu. Sifat berpori dari mikrokristal permukaan dapat mentolerir perubahan suhu dan pembengkokan paduan, menghasilkan permukaan yang konsisten secara fisiologis, mengurangi pelepasan elemen nikel, meningkatkan biokompatibilitas NiTi-SMA, dan meningkatkan adhesi leukosit dan trombosit ke paduan. 4. Masalah dan tren perkembangan NiTi-SMA Selama pengembangan biomaterial NiTi, para sarjana dalam negeri juga telah melakukan banyak pekerjaan penelitian. Namun, harus dilihat juga bahwa kami memiliki banyak masalah yang harus diselesaikan dalam hal peningkatan material dan optimalisasi properti permukaan. Penggunaan metode perawatan permukaan seperti pelapisan dapat mengurangi pelepasan unsur nikel dalam paduan NiTi. Tetapi: apa efek dari bahan paduan yang dimodifikasi permukaan pada sitotoksisitas? Bagaimana cara menjaga integritas berbagai film passivasi dalam cairan tubuh dan lingkungan yang tertekan secara in vivo? Bahan paduan NiTi berpori (paduan nikel-titanium berpori) telah menarik banyak perhatian [14], karena bahan ini memiliki area kontak yang besar dengan tulang, dan tulang dapat tumbuh ke dalam pori-pori material dan membentuk perlekatan yang baik. Namun, karena luas permukaan material yang besar, ia juga menghadapi ujian yang lebih besar dalam hal ketahanan korosi permukaan dan pelepasan ion nikel. Es-Souni M et al [15] mencoba menambahkan tembaga ke paduan NiTi untuk meningkatkan sifat material, dan kesimpulan awal adalah bahwa tembaga dapat meningkatkan sifat mekanik dan ketahanan korosi material, tetapi tembaga bersifat sitotoksik dan dapat membuat biokompatibilitas berkurang. Poon RW et al [3] menerapkan budidaya plasma karbon atau presipitasi untuk membuat lapisan permukaan bahan NiTi-SMA dicampur dengan ion karbon amorf, yang secara signifikan dapat meningkatkan ketahanan korosi material dan mengurangi pelepasan unsur nikel; uji sitotoksisitas menggambarkan bahwa kedua perlakuan tersebut dapat berkontribusi pada adhesi dan proliferasi osteoblas. Starosvetsky D et al [16] menggunakan metode pelapisan pencelupan bubuk untuk (pelapisan berbantuan reaksi pencelupan bubuk asli, PIRAC) meningkatkan sifat permukaan dan meningkatkan ketahanan korosi NiTi-SMA. Kesimpulannya, NiTi-SMA memiliki efek memori bentuk yang unik dan biokompatibilitas yang baik. Sejak tahun 1980-an, Departemen Ortopedi Rumah Sakit Changhai telah mengembangkan serangkaian penyambung tulang paduan memori menggunakan reversibilitas fase ommaginous NiTi-SMA, di antaranya SMC secara khusus digunakan untuk pengobatan fraktur batang tulang panjang pada tungkai atas [17, 18]. SMC yang digunakan diperlakukan dengan proses produksi yang relevan untuk membuat distribusi film passivasi yang seragam dan padat pada permukaannya, yang terikat kuat pada permukaan logam, dan dikombinasikan dengan teknologi pelapisan, secara efektif dapat meningkatkan ketahanan korosi dan sitokompatibilitas NiTi-SMA. Kami percaya bahwa dengan penelitian mendalam tentang biokompatibilitas NiTi-SMA dan peningkatan serta pengembangan bahan paduan baru, NiTi-SMA akan lebih sesuai dengan kondisi fisiologis organisme dan menunjukkan prospek aplikasi yang lebih luas.