Numerical simulation of microstructure and internal stresses of the modified bone cement

• Autorzy: Nowacki J. , Sajek A.

Warianty tytułu

PL

Numeryczna symulacja mikrostruktury i naprężeń wewnętrznych modyfikowanych cementów kostnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Microstructure of bone cement modified by an aqueous solution of an enzyme - salmon calcitionin was considered. A statistical description of the porosity of obtained cements as a result of the modification has been done. Statistical data were used to create the microstructure models in a programme being in agreement with FEM technique. Simulations were carried out on the structures of two types of pores, i.e. those containing water and empty ones. Modification with aqueous solutions of agents affects the structure and properties of the bone cements were observed. This is caused by the formation of pores filled with the aqueous solution. Microstructure simulations confirmed a manner of modified cement cracking was observed on the fractures. The formation of pore agglomerations where concentrating stresses may bring about the appearance of dangerous microfractures was proved.

PL

Analizowano mikrostrukturę cementu kostnego nowej generacji modyfikowanego wodnym roztworem enzymu - kalcytoniny łososiowej, stosowanego w aloplastyce stawu biodrowego. Wykonano statystyczny opis porowatości cementu po modyfikacji, stanowiący podstawę opracowania metodą elementów skończonych modelu mikrostruktury cementu. Wykazano, że domieszkowanie wodnymi roztworami modyfikatorów ma wpływ na mikrostrukturę i właściwości cementów kostnych. Spowodowane jest to tworzeniem porów wypełnionych wodnymi roztworami modyfikatorów i powietrzem. Pierwszy rodzaj porowatości w mniejszym stopniu niż pory wypełnione powietrzem zmniejsza właściwości mechaniczne cementów. Wykazano powstawanie aglomeracji porów, w których koncentrujące się naprężenia mogą powodować pojawianie się mikropęknięć.

Słowa kluczowe

EN

bone cement; finite element method; internal stresses

PL

cement kostny; metoda elementów skończonych; naprężenia

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 3
• Strony: 728--731
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nowacki J.

autor

Sajek A.

• Institute of Materials Science and Engineering, West Pomeranian University of Technology, Szczecin,

Bibliografia

• [1] Hendriks J. G. E., van Horn J. R., van der Mei H. C., Busscher H. J.,: Backgrounds of antibiotic-loaded bone cement and prosthesis-related infection. Biomaterials 25 (2004) 545-556.
• [2] Gatti A. M., Zaffe D.: Bioactive glasses and chemical bond. Biomaterials - Hard tissue repair and replacement. Elsevier, Amsterdam (1992).
• [3] Žitňanský M., Čaplovič Ľ., Rehák Ľ., Makai F.: Investigation and implantation of endo-prosthesis in biological experiment on animals. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 9 (2007) 146-152.
• [4] Balazic M., Kopac J.: Improvements of medical implants based on modern materials and new technologies. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 12 (2007) 31-34.
• [5] Boujelbene M., Abellard P., Bayraktar E., Torbaty S.: Study of the milling strategy on the tool life and the surface quality for knee prostheses. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 12 (2008) 610-615.
• [6] Herzwurm P. J., Simpson S. L., Duffin S., Oswald S. G., Ebert F. R.: Thigh pain and total hip arthoplasty. Clinical Orthopaedics and Related Research 336 (1997) 156-161.
• [7] Nzihou A., Attias L., Sharrock P., Ricard A.: A rheological, thermal, and mechanical study of bone cement – from a suspension to a solid biomaterial. Powder Technology 99 (1998) 56-68.
• [8] Knets I., Krilova V., Cimdins R., Berzina L., Vitins V.: Stiffness and strength of composite acrylic bone cements. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 1-2 (2007) 135-138.
• [9] Balin A., Junak G.: Low-cycle fatigue of surgical cements. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 1-2 (2007) 211-214.
• [10] Virto M. R., Frutos P., Torrado S., Frutos G.: Gentamicin release from modified acrylic bone cements with lactose and hydroxypropylmethylcellulose. Biomaterials 24 (2003) 79-87.
• [11] Nicholas M. K. D., Waters M. G. J., Holford K. M., Adusei G.: Analysis of rheological properties of bone cements. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 18 (2007) 1407-1412.
• [12] Masri B. A., Duncan C. P., Beauchamp C. P .: Effect of varying surface patterns on antibiotic elution from antibiotic loaded bone cement. Journal of Arthroplasty Arthroscopic Surgery 10 (1995) 453-459.
• [13] Van de Belt H., Neut D., Uges D. R. A., Schenk W., Van Horn J. R., Van der Mei H. C., Busscher H. J.: Surface roughness, porosity and wettability of gentamicin-loaded bone cements and their antibiotic release. Biomaterials 21 (2000) 1981-1987.
• [14] Drognitz O., Thorn D., Krüger T., Gatermann S. G., Iven H., Bruch H. P., Muhl E.: Release of Vancomycin and Teicoplanin from a Plasticized and Resorbable Gelatin Sponge: in Vitro Investigation of a New Antibiotic Delivery System with Glycopeptides. Infection 34 (2006) 29-34.
• [15] Sajek A.: Właściwości mechaniczne domieszkowanych cementów kostnych. Praca doktorska, Politechnika Szczecińska, Szczecin (2008).