Wpływ naprężeń i środowiska biologicznego na trwałość implantów polimerowych

• Autorzy: Chłopek J.

Warianty tytułu

EN

Effects of stress and biological environment on polymeric implants' durability

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań trwałości bioinertnego polisulfonu (PSU) i jego kompozytów zawierających 15 % włókien węglowych krótkich, przypadkowo zorientowanych (PSU + CF MD) lub 40 % włókien długich, zorientowanych jednokierunkowo (PSU + CF 1D). Określono wpływ obecności, orientacji i długości oraz udziału objętościowego włókien węglowych na właściwości mechaniczne kompozytów. Materiały poddawano próbie pełzania na sucho i w warunkach in vitro (w płynie Ringera) pod działaniem zmiennego naprężenia (10-4000 MPa) bądź bez naprężenia (inkubacja), po czym badano zmianę ich właściwości mechanicznych i dokonywano obserwacji przełomów powierzchni metodą SEM, a także pomiaru wytrzymałości na międzywarstwowe ścinanie (ILSS). Za pomocą wyznaczenia temperatury zeszklenia (Tg) metodą DSC próbowano wyjaśnić zaobserwowane zmiany struktury i właściwości mechanicznych. Na podstawie prób pełzania w warunkach in vitro określono wytrzymałość długotrwałą (sd) oraz wartości dopuszczalnych (maksymalnych) obciążeń (smaks.) badanych materiałów w odniesieniu do założonych czasów zespalania tkanki kostnej. Stwierdzono, że w warunkach długotrwałych obciążeń działających w środowisku biologicznym PSU i jego kompozyty bioresorbowalne mogą pracować bezpiecznie na poziomie 30-40 % wyjściowej wytrzymałości, w czasie wymaganym do zrostu kostnego. Wprowadzenie do polimeru włókien węglowych pozwala na poddanie implantu znacznym obciążeniom, przyspiesza jednak proces degradacji w środowisku płynów ustrojowych.

EN

The results of investigations of durability of bioinert polysulfone (PSU) and its composites, containing either 15 % of short carbon fibers randomly oriented (PSU + CF MD) or 40 % of long fibers uniaxially oriented (PSU + CF 1D), were presented. The effects of a presence, orientation, length and volume part of carbon fibers on mechanical properties of the composites were determined (Table 2). The materials were subjected to creep testing in dry or in vitro (in Ringer fluid) conditions under variable stress (10-400 MPa) or without it (incubation). Then the changes of their mechanical properties were investigated (Table 3) and the observations of surface fractures by SEM method (Fig. 2) as well as measurements of interlayer shear strength (ILSS - Table 4) were done. The changes of the structures were determined on the basis of glass transition temperature (Tg) by means of DSC method. The long-term strength (sd - Table 6 and Fig. 5) and the values of permissible (maximum) load (smaks. - Table 7 and Fig. 6) for the materials investigated, in relation to the assumed time of bone tissue fixation, were determined on the basis of creep tests at in vitro conditions. It has been found that PSU and its composites can work safely under long-term load in biological environment at the level of 30-40 % of initial strength during the period required for bone fixation. Introduction of carbon fibers to the polymer allow to subject the material to considerable loads but accelerates the process of its degradation in body fluids' environment.

Słowa kluczowe

PL

polisulfon; kompozyty; włókna węglowe; implanty; pełzanie; trwałość

EN

polysulfone; composites; carbon fibres; implants; creep

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2005
• Tom: T. 50, nr 3
• Strony: 182--189
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Chłopek J.

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

Bibliografia

• 1. Hench L. L.: Biomaterials 1998, 19, 1419.
• 2. Pampuch R.: Inż. Biomater. 2000, 9, 3.
• 3. Elias K. L., Price R. L.,Webster T. J.: Biomaterials 2002, 23, 3279.
• 4. Cao W., Hench L. L.: Ceramics Int. 1996, 22, 493.
• 5. Wang M.: Biomaterials 2003, 24, 2133.
• 6. Lam C. X. F., Mo X.M., Teoh S. H., Hutmacher D.W.: Mater. Sci. Eng. 2002, C 20, 49.
• 7. Hutmacher D. W.: Biomaterials 2001, 21, 2529.
• 8. Evans S. L., Gregson P. J.: Biomaterials 1998, 19, 1330.
• 9. Ramakrishna S.: Comp. Sci. Techn. 2001, 61, 1189.
• 10. Chłopek J., Kmita G.: Eng. T. 2003, 51, vol. 2, 3, 307.
• 11. Doyle C., Tanner E. T., Bonfield W.: Biomaterials 1991, 12, 841.
• 12. Chłopek J.: Ceram., Pol. Biul. Ceram. 2003, 80, 203.
• 13. Suchanek W.: Biomaterials 1996, 17, 1715.
• 14. Wang A.: Tribology Int. 1998, 31, 661.
• 15. Majola A.: J. Mat. Sci. Mat. Med. 1992, 3, 43.
• 16. Gopferich A.: Biomaterials 1997, 18, 397.
• 17. Wang M., Yue C. Y., Chua B.: J. Mat. Sci. Mat. Med. 2001, 12, 821.
• 18. Teoh S. H., Tang Z. G., Hastings W.: w „Handbook of Biomaterial Properties” (red. Black J., Hastings G.), Chapman and Hall, Londyn 1998.
• 19. Rosół P., Chłopek J.: Kompozyty 2003, 7, 291.
• 20. Rosół P., Chłopek J.: Inż. Biomater. 2003, 28, 26.
• 21. Suwanprateeb J., Tanner K. E., Turner S., Bonfield W.: J. Mat. Sci. Mat. Med. 1997, 8, 469.
• 22. Latour R. A., Black J.: J. Biomed. Mat. Res. 1993, 27, 1281.
• 23. Deng M., Shalaby S.W.: Biomaterials 1997, 18, 645.
• 24. Wilczyński A. P.: „Mechanika polimerów w praktyce konstrukcyjnej”, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1984.
• 25. Gruca A.: „Chirurgia ortopedyczna”, tom II, Państwowy Zakład Wydawnictw Lekarskich,Warszawa 1966, str. 166.