Kompozyty z polimerów biostabilnych i bioresorbowalnych modyfikowane bioaktywną ceramiką

• Autorzy: Rosół P. , Chłopek J. , Schweder C.

Warianty tytułu

EN

Biostable and bioresorbable polymeric composites modified by bioactive ceramics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy była analiza właściwości mechanicznych i biologicznych w warunkach in vitro materiałów przeznaczonych na implanty przenoszące obciążenia mechaniczne. Na osnowy kompozytów wybrano polimery o różnym zachowaniu biologicznym: biostabilny - polisulfon (PSU) oraz bioresorbowalny kopolimer poli(laktydo-ko-glikolid) (PGLA). Próbki polimerowe modyfikowano bioaktywnymi cząstkami hydroksyapatytu (HA) otrzymanego z kości zwierzęcych. Zachowanie biologiczne badanych materiałów oceniono na podstawie obserwacji SEM próbek inkubowanych w warunkach zbliżonych do panujących w ludzkim organizmie przez 30 dni. Jednocześnie prowadzono badania zmian przewodnictwa wody destylowanej, zmian pH płynu Ringera i zmian masy próbek polimerowych i kompozytowych w czasie zanurzenia ich w roztworze Ringera. Trwałość mechaniczną określono poprzez badania pełzania w warunkach in vitro. Próbki poddano działaniu wybranych obciążeń z zakresu 2,5:50 MPa i obserwowano czasy ich zniszczenia. Dodatek cząstek hydroksyapatytu do PSU i PGLA spowodował zmniejszenie trwałości kompozytów w stosunku do materiałów wyjściowych. Badane kompozyty wykazują natomiast korzystne zachowanie biologiczne, co potwierdzają obserwacje powierzchni próbek inkubowanych w sztucznym środowisku biologicznym. Bioaktywne cząstki na ich powierzchni mogą działać jak kotwy dla tkanki kostnej, będącej w kontakcie z tym materiałem, co zapewnia dobrą fiksacje implantów wytworzonych z kompozytów PSU/HA i PGLA/HA z żywą tkanką. W przypadku PGLA, który jest materiałem bioresorbowalnym, trudno przewidzieć jego zachowanie w długim okresie czasu na podstawie przeprowadzonych krótkich testów. Dlatego niezbędne jest wykonanie dla tego materiału prób w rzeczywistym czasie potrzebnym do realizacji wybranej funkcji biologicznej.

EN

Polymer matrix composites are widely applied in medicine. Implants made of these materials have mechanical properties similar to natural tissues, show good biological compatibility, and also can be formed into various shapes. Seen the fact that such composite implants are subject to both biological environments and increased stresses within the real body, extended loads may seriously deteriorate their mechanical properties. In addition, it is the nature of these matrix polymers that their strength decreases with time. Investigations presented in this study show the influence, of conditions of simulating human body on the mechanical properties of biostable (polysulfone - PSU) and bioresorbable (poly(lactide-ko-glicolide) - PGLA) polymers and its composites reinforced with hydroxyapatite (HA). The, biological properties of polymers and polymer composites was examined in the SBF during 30 days. The pH of solutions and the mass measurements were performed on a weekly basis (Figs 2 and 3). After the 30 days the microstructure was examined using scanning electron microscope (SEM) Jeol JSM-5400 (Figs 5 and 6). The implants' durability examination was performed by comparison of the results of creep tests in in vitro environments. The so called creep curves were obtained as the result of loading samples with various mechanical stresses (Fig. 4). Their analyses allowed to predict the behaviour of the examined composites under the conditions close to natural (i.e. extended action of mechanical stresses aided by aggressive environment of body fluids). The introduction of HA to polymer matrix decreased mechanical properties but significantly enhanced bioactivity. Since PGLA is a biosorbable material, and it is difficult to predict its long term behaviour on the basis of short-term tests, the long-term creep tests seem to be necessary.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt; kompozyt polimerowy; hydroksyapatyt; implant; pełzanie; właściwości mechaniczne; właściwości biologiczne

EN

composite; polymer composites; hydroksyapatyt; implant; creep; mechanical properties

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 5, nr 4
• Strony: 25--30
• Opis fizyczny: Biblogr. 17 poz., wykr., rys.

Twórcy

autor

Rosół P.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Biomateriałów, al. Mickiewicza 30/A3, 30-059 Kraków

autor

Chłopek J.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Biomateriałów, al. Mickiewicza 30/A3, 30-059 Kraków

autor

Schweder C.

• University of Applied Sciences Münster, Faculty of Chemical Engineering

Bibliografia

• [1] Reclaru L., Lerf R., Eschler P.Y., Meyer J.M., Corrision behavior of a welded stainless - steel orthopedic implant, Biomaterials 2001, 22, 269-279.
• [2] Cao W., Hench L.L., Bioactive materials, Ceramics International 1996, 22, 493-507.
• [3] Chłopek J., Kmita G., Non-metallic composite materials for bone surgery, Engineering Transactions 2003, 51, 2, 3, 307- -323.
• [4] Chłopek J., Kmita G., Rosół P., Life time of polymeric composite implants on the basis creep and fatigue tests, Annals of Transplantation 2004, 9 IA (suppl.), 26-29.
• [5] Chłopek J., Konieczna B., Rosół P., Implanty polimerowe - ocena ich biozgodności i trwałości, Mechanika w medycynie, Zbiór prac seminarium naukowego pod red. M. Korzyń- skiego, J. Cwanke, Rzeszów 2004, 55-63.
• [6] Ramakrishna S., Mayer J., Wintermantel E., Kam W. Leong, Biomedical applications of polymer - composite materials: a review, Comp. Sci. Techn. 2001, 61, 1189-1224.
• [7] Mano J.F., Sousa R.A., Boesel L.F., Neves N.M., Reis R.L., Bioinert, biodegradable and injectable polymeric matrix composites for hard tissue replacement: state of the art. and recent developments, Comp. Sci. Techn. 2004, 64, 789-817.
• [8] Chłopek J., Kompozyty w medycynie, Kompozyty (Composites) 2001, 1, 50-54.
• [9] Evans S.L., Gregson P.J., Composite technology in load - bearing orthopaedic implants, Biomaterials 1998, 19, 1330--1342.
• [10] Stoch A., Brożek A., Stoch J., Jastrzębski W., Długoń E., Sitko M., Biomimetyczny wzrost fosforanów na zmodyfikowanej powierzchni biokompozytu węglowego, Inż. Biomat. 2000, 10, 23-29.
• [11] Chłopek J., Błażewicz M., Szaraniec B., Kompozyty bioaktywne, Acta of Bioengineering and Biomechanics 2000, 3, 1, 39-46. [12] Luklinska Z.B., Bonfield W., (in:) Bone - bonding Biomaterials, eds. P. Ducheyne, T. Kokubo, C.A. van Blitterswijk, Reed Healthcare Communications, The Netherlands 1992.
• [13] Dobrzyński P., Kasperczyk J., Janeczek M., Bero M., Synthesis of biodegradable glycolide/L-lactide copolymers using iron compounds as initiators, Polymer 2002, 43, 2595- 2601.
• [14] Haberko K., Bućko M., Haberko M., Mozgawa W., Pyda A., Zarębski J., Hydroksyapatyt naturalny - preparatyka, właściwości, Inż. Biomateriałów 2003, VI, 30-33, 32-38.
• [15] Wenz L.M., Merritt K., Brown S.A., Moet A., In vitro biocompatibility of polyetheretherketone and polysulfone composites, J Mat. Res. 1990, 24, 207.
• [16] Wilczyński A.P., Mechanika polimerów w praktyce konstrukcyjnej, Warszawa 1984.
• [17] Cieślik T., Pogorzelska-Stronczak B., Kliniczna ocena płytek i śrub z materiału złożonego węgiel - węgiel stosowanych do zespolenia złamanej żuchwy, Czasopismo Stomatologiczne 1996, XLIX, 559-562.