Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Degradation of composite implants determined in creep tests

Chłopek J., Rosół P., Morawska-Chochół A.

Advances in Materials Science

|

2007

|

Vol. 7, nr 2(12)

92-97

EN

Investigations presented in ibis study show the effects of conditions simulating the human body, on the mechanical properties of biosorbable co-polymer of poly(lactide-co-glycolide) - PGLA, and its composites with short carbon fibres (PGLA/CF) and nano-particles of hydroxyapatite (PGLA/HAp). Materials were subjected to constant mechanical stresses (creep tests) in "in vitro" conditions (Ringer's solution). Their lifetimes were calculated on the basis of obtained results. Obtained results allows for determination of their suitability for medical applications. The longest lifetime values were obtained for composites reinforced with carbon fibre. The introduction of hydroxyapatite to polymer matrix shortened life-time in relation to PGLA but significantly enhanced its bioactivity. After the matrix material degradation the presence of bioactive particles facilitates the regeneration of deseased tissue. Since poly(lactide-co-glycolide) 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.

2

Nanokompozyty polimerowo-ceramiczne przeznaczone do zastosowań medycznych

Rosół P., Chłopek J.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 1

39-44

PL

Celem pracy była analiza właściwości mechanicznych, zarówno statycznych (wytrzymałość na rozciąganie, moduł Younga), jak i zmęczeniowych (pełzanie), oraz zbadanie zachowania biologicznego w warunkach in vitro kompozytów polimerowych, przeznaczonych na implanty przenoszące obciążenia mechaniczne. Jako osnowę kompozytów zastosowano biostabilny polisulfon (PSU), a fazami modyfikującymi były bioaktywne nanocząstki hydroksyapatytu naturalnego, otrzymanego z kości zwierzęcych (HAn) oraz pochodzenia syntetycznego (HAs). Trwałość badanych materiałów określono, opierając się na charakterystykach pełzania w warunkach in vitro, a bioaktywność na podstawie obserwacji SEM powierzchni próbek inku-bowanych w sztucznym środowisku biologicznym. Analiza trwałości uzyskana z badań pełzania wskazuje, że polisulfon może bezpiecznie pracować na poziomie 27% wyjściowej wytrzymałości w czasie dopasowanym do zrostu kostnego (6 tygodni). Podobnie w przypadku kompozytu modyfikowanego hydroksyapatytem naturalnym wartość bezpiecznych naprężeń wynosi około 28% jego wytrzymałości wyjściowej, natomiast dla kompozytu modyfikowanego hydroksyapatytem syntetycznym jedynie 13%. Mniejsza trwałość PSU/HAs w warunkach in vitro może być związana ze zmianami stanu granic miedzyfazo-wych: cząstki ceramiczne-polimer na skutek wnikania płynów fizjologicznych do wnętrza próbki. Ponadto, w przypadku tego kompozytu zaobserwowano nierównomierną dystrybucje syntetycznego hydroksyapatytu w osnowie polisulfonowej i tworzenie przez jego cząstki aglomeratów, co wywiera niekorzystny wpływ na właściwości użytkowe materiału. Przeprowadzone badania biologiczne wykazały, że modyfikacja polisulfonu poprzez wprowadzenie do niego nanocząstek hydroksyapa-tytowych nadaje mu cechy bioaktywne oraz że rodzaj hydroksyapatytu ma znaczący wpływ na proces narastania apatytu w warunkach sztucznego środowiska biologicznego.

EN

From the point of view of implant's application in bone-surgery, the most important properties of the material to be considered are: the ability of regeneration of surrounding tissues and the enhanced durability in biological environment. The regeneration function may be assured by the application of bioactive ceramic materials, including primarily the calcium phosphates, bio-glasses as well as glass-ceramics. The realization of biomechanical function requires on one hand the adjustment of Young's moduli of the implant and the surrounding tissue, and on the other, carrying the largest portion of stresses by the implant, according to the type of joint applied. In this work the effects of modifying phases on mechanical and biological properties of polysulfone (PSU) have been examined under in vitro conditions. Hydroxyapatite of nanoparticles both, natural origin (animal bones, Fig. 1) and synthetic have been used as modifying phases. Durability of testing materials was defined basing on creep tests in in vitro conditions (Fig. 5) and bioactivity was based on SEM observations of samples surface incubated in artificial biological environment (Fig. 6). Analysis of durability obtained from creep tests investigations indicated that polysulfone can be safetly worked on level 27% of initial strenght for specific healing times (6 weeks). Similarly, of composite modified by natural hydoxyapatite (PSU/HAn) value of permissible stress is about 28% his initial strenght, whereas for composite modified by synthetic hydroxyapatie (PSU/HAs) is only 13%. Lesser durability PSU/HAs in vitro conditions is possibly connected with change of state composite interfaces: ceramic-polymer particles in effect penetration of physiological liquid into samples. Moreover, in case of this composite, was observed non-uniform distribution of synthetic hydroxyapatite in polysulfone matrix and creating of agglomerate by his particles (Fig. 3), which exert a disadvantageous influence on exploitation properties of material. Biological investigations indicated that modification of polysulfone by introducing hydroxyapatie nanoparticles gives bioactive feature and also type of hydroxyapatite has a meaningful influence on process of growing hydroxyapatite in simulated body fluid.

3

Mechanizm regeneracji tkanki kostnej po implantacji kompozytu z polimeru resorbowalnego modyfikowanego hydroksyapatytem

Chłopek J., Morawska-Chochół A., Rosół P.

Inżynieria Biomateriałów

|

2006

|

R. 9, nr 58-60

98-101

PL

Implanty kompozytowe z kopolimeru resorbowalnego laktydu z glikolidem modyfikowanego nanocząsteczkami hydropksyapatytu oraz implanty z czystego polimeru wszczepiono w kości żuchwy królika. Okresy kontrolne przypadały po 1, 2, 3, 6, 12, 24, 48 tygodniach implantacji. Przeprowadzono obserwację mikroskopową granicy kość-implant wraz z analizą pierwiastków przy użyciu mikroskopu skaningowego (SEM) z przystawką EDS. Zaobserwowano, że po implantacji czystego polimeru udział tkanki łącznej jest większy niż w przypadku PGLA+HAP w całym okresie obserwacji. W przypadku kompozytu widoczne są dwa mechanizmy odbudowy kości, zarówno na cząstkach hydrokysapatytu jak i na wytworzonych włóknach kolagenowych.

EN

Lactide-co-glycolide/nano-hydroxyapatite composite and pure polymer were implanted into the rabbit submaxilla bones. Control periods were determined as 1, 2, 3, 6, 12, 24, 48 weeks after the implantation. Microscopic observations of bone-implant interface, together with elemental analyses, were performed using the scanning electron microscope (SEM) equipped with EDS unit. It was found that the contribution of connective tissue is higher after pure polymer implantation as compared to PGLA+HAP composite. In the case of composite, two mechanisms of bone reconstruction can be observed, both on hydroxyapatite particles as well as on collagen fibres formed.

4

Kompozyty z polimerów biostabilnych i bioresorbowalnych modyfikowane bioaktywną ceramiką

Rosół P., Chłopek J., Schweder C.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 4

25-30

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.

5

Wpływ dodatków modyfikujących na właściwości poli(laktydo- ko-glikolidu) w warunkach in vitro

Rosół P., Chłopek J., Pielichowska K., Pielichowski J., Mulica D.

Inżynieria Biomateriałów

|

2005

|

R. 8, nr 47-53

88--92

PL

W przedstawionej pracy badano wpływ dodatków modyfikujących na właściwości termiczne oraz mechaniczne kopolimeru laktydu z glikolidem w warunkach in vitro. Jako fazy modyfikujące zastosowano włókna węglowe krótkie, nanocząstki hydroksyapatytu pochodzenia naturalnego (z kości zwierzęcych) oraz bioszkło. Badania mechaniczne przeprowadzono dla materiałów wyjściowych oraz po 4 i 8 tygodniach inkubacji. Dodatkowo dla oceny postępu degradacji badanych materiałów w warunkach in vitro przeprowadzono obserwacje ich powierzchni za pomocą mikroskopu skaningowego. Jak zaobserwowano, dodatek włókien węglowych najbardziej ze wszystkich modyfikujących faz powiększył wytrzymałość PGLA w stosunku do wytrzymałości wyjściowej. Jednocześnie obserwowano wcześniejszą degradację kompozytu z włóknem węglowym w porównaniu do czystego polimeru i duże osłabienie właściwości mechanicznych w warunkach in vitro. Zastosowanie jako fazy modyfikującej bioszkła i hydroksyapatytu również poprawiło właściwości mechaniczne czystego PGLA. Ponadto właściwości mechaniczne kompozytu PGLA/Bioszkło były najbardziej stabilne w warunkach in vitro w porównaniu do innych materiałów, a obecność bioaktywnych cząstek wywierała korzystny wpływ na zachowanie biologiczne kompozytu PGLA/HA, co potwierdziły obserwacje SEM próbek inkubowanych w sztucznym środowisku biologicznym.

EN

In this work the effects of modifying phases on thermal and mechanical properties of lactide and glycolide co-polymer have been examined under "in vitro" conditions. Short carbon fibres, hydroxyapatite nano-particles of natural origin (animal bones) and bioglass, have been used as modifying phases. Mechanical properties' tests were carried out on initial materials after 4 and 8 weks of incubation. Additionally, in order to evaluate the progress of degradation of examined materials under "in vitro" conditions, observations of their surfaces using the SEM were performed. It has been noted that the addition of carbon fibres is the most efficient from all modifying phases in terms of PGLA strength increase, as compared to initial strength. At the same time, faster degradation of carbon fibre composite has been observed compared to pure polymer, and significant decrease of mechanical properties under "in vitro" conditions. The use of bioglass and hydroxyapatite as modifying phases improved mechanical properties of pure PGLA. Mechanical properties of PGLA/bioglass composite were the most stable under "in vitro" conditions, as compared to other materials. The presence of bioactive particles showed beneficial effect on biological behaviour of PGLA/HA composite, what was confirmed by SEM observations of samples incubated in artificial biological environment.

6

The effect of different polymer layers on properties of stainless steel for biomedical applications

Pruna A., Chłopek J., Rosół P.

Inżynieria Biomateriałów

|

2005

|

R. 8, nr 46

22--24

EN

The effect of different polymer layers (polysulfone and polytetrafluoroethylene) on mechanical properties of stainless steel plates was studied. The "in vitro" behaviour of examined samples was determined on the basis of pH variations of the Ringer fluid during the incubation, also by conductivity measurements and by sample weight variations during 10 weeks immersion in solution. Scanning electron microscopy helped to co-relate the properties of stainless steel with different polymer layers applied on its surface. Layers adhesion to stainless steel surface was observed in more detail. Results showed that pH values of the Ringer fluid for polysulfone coated samples of stainless steel were lower than those for bare steel. Fluid conductivity presented continuous increase during incubation. The SEM micrographs showed that layers adhesion to stainless steel surface was better in the case of polytetrafluoroethylene.

7

Wpływ procesu pełzania w warunkach in vitro na czas życia poli(laktydo-ko-glikolidu) i jego kompozytów

Chłopek J., Rosół P., Krzanowski W., Migacz K.

Inżynieria Biomateriałów

|

2004

|

R. 7, nr 38-42

175-178

8

Przewidywanie czasu życia implantów kompozytowych na podstawie charakterystyki pełzania

Rosół P., Chłopek J.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 7

291-295

PL

Celem pracy była analiza procesu pełzania w warunkach in vitro próbek wykonanych z polisulfonu i jego kompozytów z włóknami węglowymi przeznaczonych na implanty przenoszące obciążenia mechaniczne. Doświadczenia przeprowadzono w temperaturze pokojowej w powietrzu oraz w warunkach in vitro w płynie fizjologicznym. Badania wykonano na maszynie wytrzymałościowej Zwick 1435, poddając próbki działaniu wybranych sił z zakresu 300:1800 N, obserwując odkształcenie wzdłużne badanej próbki i czasy zniszczenia. W rezultacie uzyskano dane umożliwiające ocenę zachowania próbek w warunkach działania naprężeń mechanicznych oraz wpływu środowiska biologicznego. Na podstawie zebranych danych doświadczalnych wyznaczono graniczne siły, poniżej których materiał może pracować przez założony okres bez zniszczenia, oraz obliczono czas życia dla zadanego obciążenia i dopuszczalnego odkształcenia badanych próbek.

EN

The aim of this study was an analysis of the creeping process in in vitro conditions. Samples made of polysulfone and its composites reinforced with carbon fibres to be applied as load bearing implants were examined. The investigations were carried out at room temperature in air and in vitro in Ringer's solution. Mechanical tests were carried out on Zwick 1435 machine, with the force between 300:1800 N. We observed nominal strain and the time of failure of investigated sample. As a result we observed the data enabling to estimate long-term samples' behaviour under mechanical tension and biological environment's influence on it. On the basis of completed experimental data critical force was determined, under which the material can work for long time without failure and the life time for remote load and acceptable deformation of investigated samples was estimated.

9

Wpływ warunków in vitro na stan granic międzyfazowych kompozytów włóknistych stosowanych na implanty

Rosół P., Chłopek J.

Inżynieria Biomateriałów

|

2003

|

R. 6, nr 28

26-30

PL

W pracy przedstawiono wpływ warunków sztucznego środowiska biologicznego na trwałość implantów kompozytowych, o osnowie z polisulfony wzmocnionego włóknami węglowymi długimi, ułożonymi w jednym kierunku. Trwałość materiałów określono poprzez badania pełzania na sucho i w warunkach in vitro. Pod wpływem tych ostatnich zaobserwowano 40% spadek trwałości w stosunku do kompozytu poddanego obciążeniom na sucho. Przyczyną była zmiana stanu granic międzyfazowych włókno-osnowa. Zachodzące efekty wyjaśniono przy pomocy badań wytrzymałości na ścinanie międzywarstwowe (ILSS) oraz analizy obrazów SEM.

EN

This work presents the results of investigations of the effects of simulated biological environment on the durability of composite implants made of polisulfone matrix and unidirectionally oriented continuous fibres. Durability was investigated by examining dry and "in vitro" creep properties. The latter conditions lead to 40% decrease of durability as compared to dry loading conditions. The reason was found to be the alteration within the fibre/matrix interphase. The observed effects were explained with use of interlaminar shear strength tests (ILSS) as well as by performing the SEM analysis of the areas of interest.

10

Badanie procesu pełzania implantów z polisulfonu w warunkach in vitro

Rosół P., Chłopek J.

Inżynieria Biomateriałów

|

2002

|

R. 5, nr 23-25

46-50

PL

W pracy prześledzono proces pełzania w warunkach zbliżonych do panujących w żywym organizmie. Zbadano próbki wykonane z biostabilnych materiałów - polisulfonu i kompozytu polisulfon - włókno węglowe krótkie. Obecność włókien węglowych korzystnie modyfikuje właściwości mechaniczne polisulfonu, zwiększa jego wytrzymałość na rozciąganie i ogranicza proces pełzania. Obserwuje się również mniejszą deformację próbek niż w przypadku czystego polisulfonu, co stwarza możliwość wykorzystania takich materiałów na implanty przenoszące obciążenia.

EN

The purpose of his paper was the examination of the creep behaviour of both polysulfone and short carbon fibre reinforced polysulfone in in vitro conditions. The addition of the reinforcing phase significantly influences the mechanical properties of polysulfone matrix. The increasing of the tensile strength and limited creep behaviour were reported. Consider this the polysulfone composites can be successfully used as load bearing implants.