Kompozyty z polimerów resorbowalnych przeznaczone dla chirurgii kostnej

• Autorzy: Chłopek J. , Morawska-Chochół A.

Warianty tytułu

EN

Polymer resorbable composites applicable for bone surgery

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zbadano wpływ modyfikatorów w postaci włókien i cząstek na właściwości mechaniczne kopolimeru laktydu z glikolidem, określono szybkość utraty wytrzymałości kompozytów w wyniku oddziaływania symulowanego środowiska biologicznego oraz wpływ stosowanych dodatków na szybkość degradacji. W tym celu wykonano pomiary wytrzymałości kompozytów wyjściowych oraz po inkubacji w płynie Ringera. Degradację określono na podstawie zmian pH płynu Ringera w funkcji czasu inkubacji, dodatkowo przeprowadzono analizę mikroskopową powierzchni badanych kompozytów. Wszystkie badane materiały charakteryzują się niskim modułem Younga. Stanowi to istotną zaletę tych materiałów, gdyż dopasowanie modułów sprężystości implantu i kości sprzyja właściwemu obciążaniu tkanki kostnej i umożliwia jej prawidłową odbudowę. Najbadziej efektywną poprawę wytrzymałości uzyskano przez wprowadzenie do osnowy polimerowej włókien PAN modyfikowanych hydroksyapatytem. Kompozyt ten posiada równocześnie cechy bioaktywności, związane z obecnością hydroksyapatytu. Poprawę wytrzymałości kopolimeru zapewnia także dodatek włókien węglowych. Równocześnie włókna te znacznie przyspieszają degradację osnowy. Szybką degradację kopolimeru obserwuje się również po jego modyfikacji nanorurkami węglowymi.

EN

The most important functions of implants for bone surgery are providing the correct stabilization of broken bone fragments and proper osteointegration. These requirements can be fulfilled through the appropriate mechanical (high strength and low Young's modulus) and biological (bioactivity) parameters of implants. Composite materials based on polymer matrix constitute a good basis to obtain such implants. Strength improvement of polymer is possible by fibres addition, and fixation can be influenced by bioactive additives. Moreover, the use of resorbable polymer matrix eliminates the necessity of repeated operation connected with removing implants. In the present work, poly(L-lactide-co-glicolide) - PGLA was modified by addition of two kinds of fibres (short carbon fibres - CF and polyacrylonitrile fibres containing hydroksyapatite nanoparticles - PAN/HAP) and particles (hydroxyapatite nanoparticles - HAP and carbon nanotubes - CNT). The aim of this study was to estimate the influence of modifying phase on mechanical properties of copolymer. Changes of mechanical properties and the influence of additives on degradation rate in simulated biological environment were also studied. Mechanical properties were measured by using Zwick machine, degradation rate was estimated on the basis of pH changes of Ringer solution as a function of incubation time, and additionally SEM microphotographs of composites were also obtained. One of the important advantages of studied composites is their low Young's modulus. The most effective improvement of polymer strength can be observed in the case of addition of PAN/HAP fibres. High strength and bioactivity are connected in this composite and it makes possible to obtain multifunctional implants. Increase of the strength was also achieved in the case of PGLA with carbon fibres composite. The lowest mechanical properties were observed for composites with hydroxyapatite nanoparticles and carbon nanotubes. Significant influence of carbon fibres and carbon nanotubes on degradation rate was also observed. It can be connected with carbon structure.

Słowa kluczowe

PL

polimery resorbowalne; kompozyt; włókno węglowe; poliakrylonitryl; hydroksyapatyt; nanorurki węglowe; in vitro

EN

resorbable polymers; composite; carbon fibre; PAN; hydroxyapatite; carbon nanotube; in vitro

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 4
• Strony: 312--316
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Chłopek J.

autor

Morawska-Chochół A.

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

Bibliografia

• [1] An Y.H., Woolf S.K., Friedman R.J., Pre-clinical in vivo evaluation of orthopaedic bioabsorbable devices, Biomaterials 2000, 21, 2635-2652.
• [2] Gogolewski S., Bioresorbable polymers in trauma and bone surgery, Injury, Int. J. Care Injured 2000, 31, S-D28-32.
• [3] Ramakrishna R., Mayer J., Wintermantel E., Leong K.W., Biomedical applications of polymer-composite materials: a review, Composites Science and Technology 2001, 61, 1189-1224.
• [4] Ahmed I., Parsons A.J., Palmer G., Knowles J.C., Walker G.S., Rudd C.D., Weight loss, ion release and initial mechanical properties of a binary calcium phosphate glass fibre/PCL composite, Acta Biomaterialia 2008, 4, 1307-1314.
• [5] Oksman K., Skrifvars M., Selin J.-F., Natural fibres as reinforcement in polylactic acid (PLA) composites, Composites Science and Technology 2003, 63, 1317-1324.
• [6] Hasegawa S., Ishii S., Tamura J., Furukawa T., Neo M., Matsusue Y., Shikinami Y., Okuno M., Nakamura T., A 5-7 year in vivo study of high-strength hydroxyapatite/poly(L-lactide) composite rods for the internal fixation of bone fractures, Biomaterials 2006, 27, 1327-1332.
• [7] Kim H.-W., Lee H.-H., Chun G.-S., Bioactivity and osteoblast responses of novel biomedical nanocomposites of bioactive glass nanofiber filled poly(lactic acid), Journal of Biomedical Materials Research Part A 2008, 85, 651-663.
• [8] Chłopek J., Czajkowska B., Szaraniec B., Frackowiak E., Szostak K., Béguin F., In vitro studies of carbon nanotubes biocompatibility, Carbon 2006, 44, 1106-1111.
• [9] Dobrzyński P., Kasperczyk J., Janeczek H., Synthesis of biodegradable copolymers with the use of low toxic zirco-nium compounds. 1. Copolymerization of glycolide with L-lactide initiated by Zr(Acac)4, Macromolecules 2001, 34, 5090-5099.