Biowchłanialne płytki zespalające dla weterynarii

• Autorzy: Szaraniec B. , Gryń K. , Szponder T. , Żylińska B.

Warianty tytułu

EN

Biodegradable fixation plates for veterinary medicine

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Niniejsza praca stanowi próbę opracowania nowych biowchłanialnych płytek zespalających dla potrzeb weterynarii dedykowanych szczególnie psom ras miniaturowych. Tego typu płytki mogą stanowić alternatywę dla implantów metalicznych. Do największych zalet proponowanych konstrukcji można zaliczyć brak konieczności usuwania ich z organizmu po wyleczeniu złamanej kości oraz ułatwioną, w porównaniu do implantów metalicznych, ocenę radiologiczną procesu gojenia ze względu na przepuszczalność zastosowanego materiału dla promieni X. Ograniczeniem stosowania płytek wykonanych z czystych polimerów resorbowalnych np. polilaktydu (PLA) są stosunkowo słabe właściwości mechaniczne. W związku z tym, w ramach poniższej pracy, zaproponowano cztery sposoby modyfikacji parametrów wytrzymałościowych i użytkowych czystego polimeru resorbowalnego. Do matrycy polimerowej z czystego PLA wprowadzono cztery rodzaje wzmocnienia: włókna węglowe, włókna poliakrylonitrylowe, drut ze stali chirurgicznej i drut magnezowy. Płytki proste sześciootworowe wykonano metodą wtrysku. Fazę wzmacniającą w postaci włókien lub drutu formowano w kształt odpowiadający obrysowi zewnętrznemu płytki. Tak przygotowane pętle umieszczano w formie wtryskowej, a następnie obtryskiwano ciśnieniowo polimerem w temp. 165-170°C. Gotowe płytki zespalające poddano badaniom wytrzymałościowym. W tym celu przygotowano krótkie drewniane wałki, do których metalowymi wkrętami przykręcano płytki (dwa wałki imitujące złamaną kość łączono jedną płytką). Następnie taki układ symulujący zespolenie kostne poddawano testom jednoosiowego rozciągania na maszynie wytrzymałościowej. Równocześnie przeprowadzono badania in vitro w środowisku wodnym. Określono zmiany pH, przewodności elektrycznej oraz zmiany masy i wytrzymałości po 6 tygodniowej inkubacji. Spośród badanych materiałów najlepsze właściwości mechaniczne uzyskano w przypadku modyfikacji polimeru fazą włóknistą. Dodatkowo wprowadzenie włókien pozwoliło uzyskać korzystniejszy rozkład naprężeń i odkształceń w obrębie otworów mocujących oraz wynikający z tego efektywniejszy sposób przenoszenia obciążeń podczas jednoosiowego rozciągania.

EN

This article is an attempt to develop a new concept of biodegradable fixating miniplates for veterinary medicine, specially for toy breed dogs. Polymer-based composite fixation system can be a good alternative for widely used metallic implants because there is no removal operation needed after the bone is recovered. Moreover, the radiological evaluation of a fracture healing process is much easier and more precise due to the fact that polymers are transparent for X-rays. Low mechanical properties of pure biodegradable polymers e.g.: polylactide (PLA) is one of the biggest drawbacks. For the development of implants with better mechanical and practical properties (compared to pure polymer PLA) four types of composite materials were proposed. Polylactide matrix was reinforced with: carbon fibres, polyacrylonitrile fibres, surgical steel wire and magnesium wire. Injection moulding process was applied to fabricate a six-hole I-shaped miniplates. Firstly, reinforcing phases (fibres or wires) were shaped to copy a contour of a miniplate. Then a “loop” of a fibre bundle or a wire was placed in the mould. Plastified PLA (T = 165-170°C) was injected into the mould under a high pressure filling it and covering reinforcing phase. For mechanical testing of fabricated implants a special system was prepared to simulate “real work conditions”. Short wooden rods were used to imitate the broken bone. Two rods were linked together with a composite miniplate fixed with metallic screws and tested in uniaxial tensile strength machine. Simultaneously in vitro tests were carried out. Degradation in water environment was verified. During six-weeks incubation process changes in pH values, electrical conductivity, mass loss and mechanical properties were monitored. The performed research demonstrated that the most desirable results were recorded for the polymer modified with the fibrous phase.

Słowa kluczowe

PL

płytki zespalające; osteosynteza; polimery resorbowalne; włókna wzmacniające; drut; polilaktyd

EN

fixation plates; osteosynthesis; resorbable polymers; reinforcing fibres; reinforcing fibreswires; polylactide

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 17, no. 125
• Strony: 30--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., tab., zdj., wykr.

Twórcy

autor

Szaraniec B.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Biomateriałów, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Gryń K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Biomateriałów, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Szponder T.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Medycyny Weterynaryjnej, Katedra i Klinika Chirurgii Zwierząt, ul. Głęboka 30, 20-612 Lublin

autor

Żylińska B.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Medycyny Weterynaryjnej, Katedra i Klinika Chirurgii Zwierząt, ul. Głęboka 30, 20-612 Lublin

Bibliografia

• [1] Rose B.W., Pluhar E.G., Novo R.E., Lunos S.: Biomechanical Analysis of stacked plating technique to stabilize distal radial fractures in small dogs. Vet Surg 38 (2009) 954-960.
• [2] Unthoff H.K., Poitras P., Backman D.S: Internal plate fixation of fractures: short history and recent developments. J Orthop Sci 11 (2006) 118-126.
• [3] Szaraniec B.: Durability of Biodegradable Internal Fixation Plates. Mat Sci Forum 730-732 (2013) 15-19.
• [4] Morawska-Chochół A., Jaworska J., Chłopek J., Kasperczyk J., Dobrzyński P., Paluszkiewicz C., Bajor G.: Degradation of poly(lactide-co-glycolide) and its composites with carbon fibres and hydroxyapatite in rabbit femoral bone. Polymer Degradation and Stability 96 (2011) 719-726.
• [5] Bähr W., Stricker A., Gutwald R., Wellens E.: Biodegradable osteosynthesis material for stabilization of midface fractures: experimental investigation in sheep. J Craniomaxillofac Surg 27 (1999) 51-57.
• [6] Eglin D., Alini M.: Degradable polymeric materials for osteosynthesis: tutorial. Europ Cells and Materials 16 (2008) 80-91.
• [7] Saikku-Backstrom A., Raiha J.E., Valimaa T.,Tulamo R.M.: Repair of radial fractures in toy breed dogs with self-reinforced biogradable bone plates, metal screws and light-weight external coaptation. Vet Surg 34 (2005) 11-17.
• [8] Biewener A., Bertram J.: Mechanical loading and bone growth in vivo. Bone 7 (1993) 1-36.
• [9] Reilly D.T., Burstein A.H.: The mechanical properties of cortical bone. J Bone Joint Surg 56 (1974) 1001-1022.

Uwagi

PL

Praca finansowana w ramach badań statutowych 11.11.160.616 Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.