Wpływ procesu degradacji na właściwości fizykomechaniczne kompozytów PCL/HA

• Autorzy: Antosik Agnieszka , Woźniak Anna , Najmrodzki Adrian , Tymowicz-Grzyb Paulina , Szterner Piotr , Kurzyk Agata , Biernat Monika

Warianty tytułu

EN

The effect of the degradation process on the physicomechanical properties of the PCL/HA composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kompozyty na bazie polikaprolaktonu z dodatkiem wypełniacza w postaci włókien hydroksyapatytowych są jednym z potencjalnych materiałów do zastosowań inżynierii tkankowej. Materiały te odznaczają się nie tylko odpowiednią porowatością i wytrzymałością mechaniczną, lecz także bioaktywnością, biokompatybilnością i bioresorbowalnością. Z punktu widzenia możliwości aplikacyjnych danego materiału niezwykle istotna jest kontrola procesu degradacji kompozytu w czasie, tak aby rusztowanie mogło zapewnić stabilność mechaniczną do momentu odbudowy ubytku. W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące wpływu procesu degradacji na właściwości fizykomechaniczne opracowanych porowatych kompozytów na bazie polikaprolaktonu (PCL) z dodatkiem zsyntezowanych włókien hydroksyapatytu (HA) o zróżnicowanej morfologii. Szczególną uwagę zwrócono na wpływ zsyntezowanego proszku na zmianę właściwości fizykomechanicznych kompozytów w procesie degradacji. Próbki do badań otrzymano metodą liofilizacji. Proces degradacji badano poprzez pomiar ubytku masy, zmiany mikrostruktury, powierzchni właściwej, gęstości i wytrzymałości na ściskanie w czasie. Pomiary prowadzono po 3, 6 i 12 tygodniach inkubacji w soli fizjologicznej buforowanej fosforanem (PBS). Wyniki badań wykazały, że proces degradacji badanych kompozytów jest bardzo wolny, a dodatek zsyntezowanego HA nieznacznie go przyspiesza. Ubytek masy kompozytu po 12 tygodniach inkubacji w PBS wynosił zaledwie 0,47%. Procesowi degradacji towarzyszy spadek gęstości i wzrost powierzchni właściwej materiału w czasie. Porównanie wytrzymałości opracowanych kompozytów PCL/HA przed i po 12 tygodniach inkubacji w PBS, pozwala wnioskować, że dodatek zsyntezowanego hydroksyapatytu wpływa na wzrost wytrzymałości kompozytów w czasie (nawet do 20%).

EN

Polycaprolactone-based composites with filler in the form of hydroxyapatite fibers are one of the potential materials for tissue engineering applications. These materials are characterized not only by adequate porosity and mechanical strength, but also by bioactivity, biocompatibility and bioresorbability. From the point of view of the applicability of a given material, it is extremely important to control the degradation process of the composite over time, so that the scaffold can provide mechanical stability until the defect is restored. The paper presents the results of the study of the effect of the degradation process on the physicomechanical properties of the developed porous composites based on polycaprolactone (PCL) with the addition of synthesized hydroxyapatite (HA) fibers of different morphologies. In the study, special attention was paid to the effect of the synthesized powder on the change of physicomechanical properties of the composites during the degradation process. Samples for the study were obtained by freeze-drying method. The degradation process was studied by measuring weight loss, changes in microstructure, specific surface area, density and compressive strength over time. Measurements were conducted after 3, 6 and 12 weeks of incubation in PBS (phosphate-buffered saline). The results showed that the addition of synthesized HA slightly accelerates the degradation process of PCL/HA composites. Nevertheless, the degradation process is very slow. The weight loss of the composite after 12 weeks of incubation in PBS was only 0.47%. The degradation process is accompanied by a decrease in density and an increase in the specific surface area of the material over time. A comparison of the strength of the developed PCL/HA composites before and after 12 weeks of incubation in PBS, allows us to conclude that the addition of synthesized hydroxyapatite affects the increase in the strength of the composites over time (up to 20%).

Słowa kluczowe

PL

polikaprolakton; hydroksyapatyt; kompozyt PCL/HA; degradacja; implanty

EN

polycaprolactone; hydroxyapatite; PCL/HA composite; degradation; implants

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych
• Czasopismo: Szkło i Ceramika
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 73, nr 3
• Strony: 38--42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., fot., wykr.

Twórcy

autor

Antosik Agnieszka

• Grupa Badawcza Biomateriały, Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych

autor

Woźniak Anna

• Grupa Badawcza Biomateriały, Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych

autor

Najmrodzki Adrian

• Grupa Badawcza Biomateriały, Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych

autor

Tymowicz-Grzyb Paulina

• Grupa Badawcza Biomateriały, Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych

autor

Szterner Piotr

• Grupa Badawcza Biomateriały, Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych

autor

Kurzyk Agata

• Grupa Badawcza Biomateriały, Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych

autor

Biernat Monika

• Grupa Badawcza Biomateriały, Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych

Bibliografia

• M. G. Raucci, et al., Biomineralized porous composite scaffolds prepared by chemical synthesis for bone tissue regeneration, Acta Biomaterialia, 6 (2010), pp. 4090–4099.
• M. Ward, Mechanical and structural performance of melt-processable bioresorbable engineering nanocomposites, Univ. Nottingham 2018.
• E. Dıaz, et al., Encyclopedia of Biomedical Polymers and Polymeric Biomaterials, Biopolymer Scaffolds: Manufacture, Taylor & Francis 2014.
• D.K. Kweon, et al., Preparation of watersoluble chitosan/heparin complex and its application as wound healing accelerator, Biomaterials, 24, (2003), pp. 1595–1601.
• W. Weiler, et al., Enhancement of the mechanical properties of polylactides by solid-state extrusion: I. Poly(D-lactide), Biomaterials, 17 (1996), pp 529–535.
• J. An, et al., Solvent-free fabrication of three dimensionally aligned polycaprolactone microfibers for engineering of anisotropic tissues, Biomedical Microdevices, 14 (2012), pp. 863–872.
• S. Liu, et al., Fabrication of polycaprolactone nanofibrous scaffolds by facile phase separation approach, Materials Science and Engineering C, 44 (2014), pp. 201–208.
• K. C. Ang, et al., Compressive properties and degradability of poly (ɛ-caprolatone)/hydroxyapatite composites under accelerated hydrolytic degradation, Journal of Biomedical Materials Research—Part A, 80 (2007), pp. 655–660.
• F. E. Wiria, et al., Polyɛ-caprolactone/hydroxyapatite for tissue engineering scaffold fabrication via selective laser sintering, Acta Biomaterialia, 3 (2007), pp. 1–12.
• J. Pena, et al., Long term degradation of poly(ɛ-caprolactone) films in biologically related fluids, Polymer Degradation and Stability, 91 (2006), pp. 1424–1432.
• E. Díaz, et al., In Vitro Degradation of Poly(caprolactone)/nHA Composites, Journal of Nanomaterials, 2014 (2014), pp. 1–8.
• Y. Wang, et al., Characterization of biodegradable and cytocompatible nanohydroxyapatite/polycaprolactone porous scaffolds in degradation in vitro, Polymer Degradation and Stability, 95 (2010), pp. 207–213.