Wpływ promieniowania rentgenowskiego na stabilność wybranych właściwości polietylenu

Wiśniewska, A.; Chwalik, G.; Łagan, S.

doi:10.5604/01.3001.0011.7930

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wpływ promieniowania rentgenowskiego na stabilność wybranych właściwości polietylenu

Autorzy

Wiśniewska A. , Chwalik G. , Łagan S.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0011.7930

Warianty tytułu

The influence of X-rays on the stability of selected properties of polyethylene

Języki publikacji

Abstrakty

Przeprowadzono ocenę procesu degradacji polietylenu (PE) w warunkach in vitro pod wpływem działania promieniowania rentgenowskiego (X) oraz inkubacji w dwóch roztworach symulujących środowisko żywego organizmu (SBF – simulated body fluid). W badaniach wykorzystano dawkę odpowiadającą 10 standardowym zdjęciom rentgenowskim układu kostnego oraz roztwory Ringera i soli fizjologicznej o temperaturze 40°C. Przedstawiono wyniki wpływu 12-miesięcznych badań na wybrane właściwości powierzchni materiału: zwilżalności powierzchni oraz ścieralności. Na podstawie pomiarów kąta zwilżania określono wartość swobodnej energii powierzchniowej (SEP). Wykonano również analizę przewodności płynów inkubacyjnych. Otrzymane wyniki wskazują, że przyjęta dawka promieniowania rentgenowskiego nie ma istotnego wpływu na zwilżalność powierzchni polietylenu. Charakter warstwy wierzchniej polietylenu nie zmienił się na skutek 12-miesięcznej inkubacji i pozostał hydrofilowy. Dla próbek inkubowanych w obu płynach imersyjnych zaobserwowano spadek wartości swobodnej energii powierzchniowej (SEP). Zarówno dla napromieniowanego materiału, jak i grupy kontrolnej nie stwierdzono znaczących zmian w masie próbek oraz przewodności płynów inkubacyjnych, co wskazuje na stabilność polietylenu. Uzyskano natomiast wzrost wartości ścieralności o ok. 26%. Wraz z upływem czasu inkubacji zauważono spadek wartości tego parametru dla polietylenu poddanego działaniu promieniowania. Dla grupy kontrolnej nie stwierdzono znaczących zmian.

The evaluation of a degradation process of polyethylene (PE) in in vitro conditions under the influence of X-rays (X) and an in-cubation in two solutions simulating the environment of a living organism (SBF – simulated body fluid) was carried out. A dose corresponding to 10 standard X-ray pictures of the skeletal system as well as Ringer's and saline solutions at 40°C were used in the study. The paper presents the results of the influence of the 12-month studies on the selected surface properties of the material: surface wettability and abrasiveness. The value of surface free energy (SFE) was determined on the basis of the wetting angle measurements. The conductivity of the incubation fluids was also analyzed. The obtained results indicate that the adopted dose of X-ray radiation has no significant effect on the wettability of the surface of polyethylene. The nature of the surface layer of polyethylene did not change as a result of the 12-month incubation and remained hydrophilic. For the samples incubated in both immersion fluids, a decrease in surface free energy (SFE) was observed. For both the irradiated material and the control group, no significant changes in the mass of the samples and the conductivity of the incubation fluids were found, which indicates the stability of polyethylene. However, the abrasion value increased by approximately 26%. With the passage of the incubation time, a decrease in the value of this parameter was observed for the polyethylene subjected to radiation. No significant changes were found for the control group.

Słowa kluczowe

polietylen inkubacja płyn Ringera sól fizjologiczna degradacja swobodna energia powierzchniowa ścieralność

polyethylene incubation Ringer liquid saline degradation surface free energy abrasiveness

Wydawca

Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej

Czasopismo

Inżynieria Powierzchni

Rocznik

2018

Tom

nr 1

Strony

3--11

Opis fizyczny

Bibliogr. 25 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Wiśniewska A.

Politechnika Krakowska Wydział Mechaniczny Instytut Mechaniki Stosowanej

autor

Chwalik G.

Politechnika Krakowska Wydział Mechaniczny Instytut Mechaniki Stosowanej

autor

Łagan S.

Politechnika Krakowska Wydział Mechaniczny Instytut Mechaniki Stosowanej

Bibliografia

1. Baena J.C., Wu J., Peng Z.: Wear Performance of UHMWPE and Reinforced UHMWPE Composites in Arthroplasty Applications: A Review. „Lubricants” 2015, vol. 3, No. 2, p. 413–436.
2. Balcerowiak W., Otfinowski J., Pawelec A.: Analiza przyczyn przedwczesnego zużycia polietylenowych panewek endoprotez stawu biodrowego. „Inżynieria Biomateriałów” 2000, R. 3, nr 9, s. 14–17.
3. Bednarik M., Manas D., Manas M., Stanek M., Navratil J., Mizera A.: The surface properties of linear low-density polyethylene after radiation cross-linking. [in:] Latest Trends on Systems – Volume I. Prodceedings of the 18th International Conference on Systems. Santorini, Grece 17-21.07 2014 r., p. 123-126.
4. Chakrabarty G., Vashishtha M., Leeder D.: Polyethylene in knee arthroplasty: A review. „Journal of Clinical Orthopaedics and Trauma” 2015, vol. 6, issue 2, p. 108–112.
5. Cota S.S. et al.: Changes in mechanical properties due to gamma irradiation of high-density polyethy lene (HDPE). „Brazilian Journal of Chemical Engineering” 2007, vol. 24, No. 2, p. 259–265.
6. Elsharkawy E.R., Hegazi E.M., Abd El-megeed A.A.: Effect of Gamma Irradiation on the Structural and Properties of High Density Polyethylene (HDPE). „International Journal of Materials Chemistry and Physics” 2015, vol. 1, No. 3, 2015, p. 384–387.
7. Garcia-Rey E., Garcia-Cimbrelo E.: Polyethylene in total hip arthroplasty: half a century in the limelight. „Journal of Orthopaedics and Traumatology” 2010, vol. 11, p. 67–72.
8. Ge S., Kang X., Zhao Y.: One-year biodegradation study of UHMWPE as artificial joint materials: Variation of chemical structure and effect on friction and wear behavior. „Wear” 2011, vol. 271, issues 9-10, p. 2354–2363.
9. Gierzyńska-Dolna M.: Procesy tribologiczne w węzłach ruchowych endoprotez. „Tribologia” 2003, nr 4, s. 165–174.
10. Greenwald A.S., Heim C.S.: Ultra-High Molecular Weight Polyethylene in Total Knee Arthroplasty [in:] Revision Total Knee Arthroplasty, Bond J.V., Scott R.D. (eds.). Springer, 2005, p.10–23, ISBN 978-0-387-27085-2.
11. Grygiel M., Kaczmarek M.: Influence of Radiation on Mechanical Properties of Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) [in:] Information Technologies in Biomedicine, Volume 4. Springer 2014, Piętka E., Kawa J., Wiecławek W. (eds.), p. 395–401.
12. Kolczyk E., Sobczyk K., Myalski J., Balin A.: Wpływ czasu na utratę właściwości użytkowych polietylenowych panewek endoprotez stawu biodrowego. „Aktualne Problemy Biomechaniki” 2007, nr 1, s. 115–118.
13. Kolczyk E., Sobczyk K., Myalski J., Balin A.: Badania wpływu czasu na właściwości mechaniczne polietylenowych panewek endoprotez stawu biodrowego. „Inżynieria Biomateriałów” 2008, nr 74, s. 11–15.
14. Koszkul J.: Materiały polimerowe. Politechnika Częstochowska, Częstochowa 1999.
15. Madej T., Ryniewicz A.M.: Ocena konstrukcyjno-materiałowa cementowych endoprotez stawu biodrowego w symulacjach numerycznych. „Inżynieria Biomateriałów” 2010, vol. 13, nr 95, s. 22–32.
16. McKellop H.A.: Does Gamma Radiation Speed or Slow Wear Bulletin. The American Academy of Orthopedic Surgeons, 1996, 44.
17. McKellop H., Shen F., Lu B., Campbell P., Salovey R.: Effect of Sterilization Method and Other Modifications on the Wear Resistance of Acetabular Cups Made of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene. „The Journal of Bone and Joint Surgery” 2000, vol. 82-A, No. 12, p. 1708–1725.
18. McKellop H., Shen F.W., Lu B., Campbell P., Salovey R.: Development of an Extremely Wear-Resistant Ultra High Molecular Weight Polyethylene for Total Hip Replacement. „Journal of Orthopaedic Research” 1999, vol. 17, issue 2, p. 157–167.
19. Niemiec A.: Wpływ promieniowania jonizującego na twardość polietylenu PE-UHMW [w:] Interdyscyplinarność badań naukowych 2016, Szrek J. (red.). Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2016, s. 84–87.
20. Otfinowski J., Rudzki Z., Pawelec A., Frańczuk B.: Niepowodzenia w alloplastyce stawu biodrowego związane z polietylenem. „Inżynieria Biomateriałów” 2000, nr 9, s. 18–21.
21. Podrez-Radziszewska M., Głuszewski W.: Radiacyjna modyfikacja polietylenowych implantów chirurgicznych. „Współczesna Onkologia” 2005, vol. 9, nr 8, s. 365–367.
22. Premnath V., Bellare A., Merrill E.W., Jasty M., Harris W.H.: Molecular rearrangements in ultra high molecular weight polyethylene after Irradiation and long-term storage in air. „Polymer” 1999, 40, p. 2215–2229SW.
23. Shibata N., Kurtz S.M., Tomita N.: Recent Advances of Mechanical Performance and Oxidation Stability in Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene for Total Joint Replacement: Highly Crosslinked and α-Tocopherol Doped. „Journal of Biomechanical Science and Engineering” 2006, vol. 1, No. 1, p. 107–123.
24. Takahashi Y., Masaoka T., Pezzotti G., Shishido T., Tateiwa T., Kubo K., Yamamoto K.: Highly Cross-Linked Polyethylene in Total Hip and Knee Replacement: Spatial Distribution of Molecular Orientation and Shape Recovery Behavior. „BioMed Research International” 2014, vol. 2014, p. 1–13.
25. Żenkiewicz, M.: Wettability and surface free energy of a radiation-modified polyethylene film. “Polimery” 2005 vol. 50, nr 5, p. 365-370.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-22d81c25-7367-4d61-bcba-7a97d76fdff4