Polymer composites for medical applications as artificial bones

• Autorzy: Filip Damian , Bulanda Katarzyna

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2024.4.4

Warianty tytułu

PL

Kompozyty polimerowe do zastosowań medycznych jako sztuczne kości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Polymer composites based on epoxy resin (EP) were developed from which anatomical models of artificial cortical bone tissue were obtained. The cancellous bone was polyurethane foam. To obtain appropriate mechanical properties, the EP was filled with CaCO3 (50, 60, 70 wt%) and a hybrid filler in the form of a mixture of silica and perlite (3/3, 5/5, 7/7 wt%/wt%). Samples for mechanical testing were obtained by vacuum casting in silicone molds. The influence of the type and amount of filler on the mechanical properties of the composite was demonstrated. CaCO3 had a particularly beneficial effect on hardness, compressive stress, and Young’s modulus. The obtained anatomical bone model did not differ from natural bone in terms of structure and properties. This type of implants can be used in orthopedics and veterinary medicine.

PL

Opracowano kompozyty polimerowe na bazie żywicy epoksydowej (EP), z których uzyskano modele anatomiczne sztucznej korowej tkanki kostnej. Kością gąbczastą była pianka poliuretanowa. W celu uzyskania odpowiednich właściwości mechanicznych EP napełniono CaCO3 (50, 60, 70% mas.) oraz napełniaczem hybrydowym w postaci mieszaniny krzemionki z perlitem (3/3, 5/5, 7/7 %mas. /%mas.). Próbki do badań mechanicznych otrzymano metodą odlewania próżniowego w formach silikonowych. Wykazano wpływ rodzaju i ilości napełniacza na właściwości mechaniczne kompozytu. Szczególnie korzystny wpływ na twardość, naprężenie ściskające i moduł Young’a miał CaCO3. Otrzy¬many model anatomiczny kości pod względem struktury i właściwości nie odbiegał od naturalnej kości. Tego typu implanty mogą znaleźć zastosowanie w ortopedii i weterynarii.

Słowa kluczowe

EN

artificial bone; polymer composites; materials used in medicine; fillers; mechanical properties

PL

sztuczna kość; kompozyty polimerowe; materiały stosowane w medycynie; napełniacze; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 69, nr 4
• Strony: 236--244
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Filip Damian

• Institute of Medicine, College for Medical Sciences of University of Rzeszów, al. Rejtana 16c, 35-959 Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5291-3501

autor

Bulanda Katarzyna

• Department of Polymer Composites, Faculty of Chemistry, Rzeszów University of Technology, Aleja Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5330-5719

Bibliografia

• [1] Chalmin P.: “The history of plastics: from the Capitol to the Tarpeian Rock” in “Field Actions Science Reports, Special Issue 19”, Institut Veolia, online 2019, p. 6. http://journals.openedition.org/factsreports/5071
• [2] Szczygielska M.: Kultura Współczesna 2021, 1(113), 28. https://doi.org/10.26112/kw.2021.113.03
• [3] Żuchowska D.: „Polimery konstrukcyjne. Wprowadzenie do technologii i stosowania”, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1995. p. 19, 161.
• [4] Wortmann M., Frese N., Brikmann J. et al.: Macromolecular Symposia 2021, 395(1), 2000242. https://doi.org/10.1002/masy.202000242
• [5] Valerga Puerta A.P., Moreno Sanchez D., Batista M. et al.: Journal of Manufacturing Processes 2018, 35, 721. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.033
• [6] Oleksy M ., Budzik G ., Kozik B ., Gardzińska A .: Polimery 2017, 62(1), 3. https://doi.org/10.14314/polimery.2017.003
• [7] Ozdil D., Aydin H.M.: Journal of Chemical Technology and Biotechnology 2014, 89(12), 1793. https://doi.org/10.1002/jctb.4505
• [8] Culmone C., Smit G., Breedveld P.: Additive Manufacturing 2019, 27, 461. https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.03.015
• [9] Puppi D., Chiellini F.: Applied Materials Today 2020, 20, 100700. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2020.100700
• [10] Pietrzak W.S., Sarver D., Verstynen M.: Bone 1996, 19(1), S109. https://doi.org/10.1016/S8756-3282(96)00139-1
• [11] Gadomska-Gajadhur A., Łojek K., Szymaniak M. et al.: Inżynieria Tkankowa 2018, 51. https://www.researchgate.net/profile/Agnieszka-Gadomska-Gajadhur/publication/327141603_Materialy_porowate_do_regeneracji_tkanki_chrzest-nej_i_kostnej/links/5b9f8e0745851574f7d1cbb1/Materialy-porowate-do-regeneracji-tkanki-chrzestnej-i-kostnej.pdf
• [12] Mustafa N.N.M, Kadir A.Z.A., Ngadiman N.H.A. et al.: Journal of Mechanical Engineering and Sciences 2019, 14(1), 6417. https://doi.org/10.15282/jmes.14.1.2020.17.0502
• [13] Ahmad M.N., Alkahari M.R., Basir M.F.M. et al.: “Optimization of vacuum casting process param-eters using Taguchi method” in “Proceedings of Mechanical Engineering Research Day”, Centre of Advanced Research of Energy, Melaka 2018. p. 146.
• [14] Kuo C.-C., Li D.-Y., Lin Z.-C. et al.: Polymers 2021, 13(23), 4126. https://doi.org/10.3390/polym13234126
• [15] Marzec M., Kucińska-Lipka J., Kalaszczyńska I. et al.: Materials Science and Engineering: C 2017, 80, 736. https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.07.047
• [16] Bartmański M.: „Wytwarzanie powłok hydroksyapatytowych z osłoną biologiczną na stopie tytanu”. Rozprawa doktorska, Gdańsk 2019. https://mostwiedzy.pl/en/publication/wytwarzanie-powlok-hydroksyapatytowych-z-oslona-biologiczna-na-stopie-tytanu,156526-1
• [17] Makrenek M., Belka R., Żórawski W. et al.: Medycyna Pracy 2018, 69(6), 651. https://doi.org/10.13075/mp.5893.00725
• [18] A. Bukowska, Prof. PRz, (2022). Biomateriały, Wykład, Politechnika Rzeszowska, Rzeszów
• [19] Jeong J., Kim J.H., Shim J.H. et al.: Biomaterials Research 2019, 23(1), article ID s40824-018-0149-3. https://doi.org/10.1186/s40824-018-0149-3
• [20] Oudadesse H., Derrien A.C., Lucas‐Girot A. et al.: Instrumentation Science and Technology 2004, 32(5), 545. https://doi.org/10.1081/CI-200029803
• [21] Kim S., Park C.B.: Biomaterials 2010, 31(25), 6628. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2010.05.004
• [22] Huang Y., Cao L., Parakhonskiy B.V. et al.: Pharmaceutics 2022, 14(5), 909. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14050909
• [23] Krajewska B., Raczak K.: Ochrona Środowiska 2019, 41(1), 31.
• [24] Szeleszczuk Ł.J.: „Spektroskopowe badania skorupy jaja kurzego”. Rozprawka doktorska, Wydział Farmaceutyczny Warszawski Uniwersytet Medyczny, Warszawa 2015
• [25] Kurczewska J.: Wiadomości Chemiczne 2022, 76(7–8), 529. https://doi.org/10.53584/wiadchem.2022.7.3
• [26] Jeon H., Yun S., Choi E. et al.: Journal of Industrial and Engineering Chemistry 2019, 79, 41. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2019.04.050
• [27] Al-Harbi N., Mohammed H., Al-Hadeethi Y. et al.: Pharmaceuticals 2021, 14(2), 75. https://doi.org/10.3390/ph14020075
• [28] Ghosh S., Webster T.J.: Frontiers in Materials 2021, 8, 692309. https://doi.org/10.3389/fmats.2021.692309
• [29] Arcos D., Vallet-Regí M.: Acta Biomaterialia 2010, 6(8), 2874. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2010.02.012
• [30] Lapčík L., Vašina M., Lapčíková B. et al.: Nanotechnology Reviews 2020, 9(1), 1491. https://doi.org/10.1515/ntrev-2020-0113
• [31] Aval S.T., Davachi S.M., Sahraeian R. et al.: Polymer Testing 2020, 91, 106779. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2020.106779
• [32] Zhang H., Dong Q., Lu J. et al.: Journal of Energy Storage 2023, 65, 107374. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.107374
• [33] Bil M., Ryszkowska J., Woźniak P. et al.: Acta Biomaterialia 2010, 6(7), 2501. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2009.08.037
• [34] Szczepańczyk P., Szlachta M., Złocista-Szewczyk N. et al.: Polymers 2021, 13(6), 946. https://doi.org/10.3390/polym13060946
• [35] Dulinska-Molak I., Jaroszewicz J., Kurzydlowski K.J.: Journal of Bioprocessing and Biotechniques 2014, 4(3), 1000153. https://doi.org/10.4172/2155-9821.1000153
• [36] Filip N., Radu I., Veliceasa B. et al.: Coatings 2022, 12(10), 1544. https://doi.org/10.3390/coatings12101544
• [37] Meskinfam M., Bertoldi S., Albanese N. et al.: Materials Science and Engineering: C 2018, 82, 130. https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.08.064
• [38] Horak Z., Dvorak K., Zarybnicka L. et al.: Materials 2020, 13(20), 4560. https://doi.org/10.3390/ma13204560
• [39] Vinay V.C., Varma D.M., Chandan M.R. et al.: Polymer Bulletin 2022, 79, 4233. https://doi.org/10.1007/s00289-021-03705-x
• [40] Boissard C.I.R., Bourban P.E., Tami A.E. et al.: Acta Biomaterialia 2009, 5(9), 3316. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2009.05.001
• [41] Mostoufi A., Bavarsad N., Aryanfar S. et al.: Pharmaceutical Sciences 2018, 24, 227. https://doi.org/10.15171/ps.2018.33

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).