Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Polymer and composite materials used in medicine – an overview

Oleksy Małgorzata, Dynarowicz Klaudia, Aebisher David

Polimery

|

2023

|

Vol. 68, nr 7-8

363--370

EN

The article is a review of the literature on the use of polymers in medicine as biomaterials. Examples of the preparation of the most commonly used synthetic polymers in medicine, such as: polylactide (PLA), polyglycolide (PGA), polyhydrobutyrate (PHB), polycaprolactone (PCL) are described. The characteristics of ceramic materials: hydroxyapatite (HAp) and tricalcium phosphate (TCP) are also presented in terms of the use of synthetic biodegradable polymers as biofillers. The last part of article is devoted to the functional properties of composites based on PLA with the addition of HAp and TCP.

PL

Artykuł stanowi przegląd literatury dotyczący zastosowania polimerów w medycynie jako biomateriałów. Opisano przykłady otrzymywania najczęściej stosowanych syntetycznych polimerów w medycynie takich jak: polilaktyd (PLA), poliglikolid (PGA), polihydromaślan (PHB), polikaprolakton (PCL). Przedstawiono także charakterystykę materiałów ceramicznych: hydroksyapatytu (HAp) i trójfosforanu wapnia (TCP) pod kontem stosowania jako bionapełniacze syntetycznych biodegradowalnych polimerów. Ostatnia część artykułu jest poświęcona właściwościom użytkowym kompozytów na osnowie PLA z dodatkiem HAp i TCP.

2

Kompozyty polilaktydowe z wypełniaczem bioceramicznym

Szabłowska Agnieszka

Szkło i Ceramika

|

2021

|

R. 72, nr 1

19--21

PL

Materiały na bazie polilaktydu są perspektywicznymi surowcami do wytwarzania substytutów kości. Stale poszukuje się nowych rozwiązań poprawiających ich właściwości mechaniczne. Obiecującym kierunkiem jest wprowadzenie bioaktywnej ceramiki, która nie tylko wpłynie na poprawę właściwości, lecz również na biokompatybilność materiału.

XX

The polylactide-based materials are prospective raw materials for the production of bone substitutes. New solutions to improve their mechanical properties are constantly being sought. A promising direction is the implementation bioactive ceramics, which will not only improve properties, but also could improve the biocompatibility of the material.

3

Resorbowalne pokrycia polimerowe na drutach ze stopu magnezu modyfikowane TCP i ZnO

Morawska-Chochół A., Domalik-Pyzik P., Sikora O., Reczyński W., Rzewuska M., Chłopek J.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 136

28--35

PL

Magnez i jego stopy mogą stanowić obiecującą alternatywę dla tradycyjnie stosowanych biomateriałów metalicznych. Główne zalety materiałów na bazie Mg to: biozgodność, biodegradowalność, osteokonduktywność, antybakteryjność oraz gęstość i moduł Younga zbliżone do naturalnej kości. Największą wadą jest ich zbyt gwałtowna degradacja, która może prowadzić do gromadzenia się wodoru oraz znacznego wzrostu pH w okolicznych tkankach; a także do przedwczesnej redukcji parametrów mechanicznych. Naukowcy próbują rozwiązać ten problem na różne sposoby: przez dobór pierwiastków stopowych, obróbkę powierzchniową, czy stosowanie pokryć. Przedstawiona praca dotyczy zastosowania resorbowalnych materiałów polimerowych na pokrycia drutów ze stopu magnezu. Powłoki otrzymano metodą zanurzeniową z roztworów polilaktydu (PLA) i polikaprolaktonu (PCL) o różnych stężeniach. Otrzymane materiały inkubowano w buforze fosforanowym i wodzie destylowanej przez 7 tygodni. Monitorowano zmiany pH, przewodnictwa jonowego oraz uwalnianie kationów Mg2+. Wykazano wpływ stężenia roztworu polimeru na jakość pokrycia i skuteczność ochrony antykorozyjnej oraz korzystniejsze parametry powłoki PCL. W drugiej części pracy zaproponowano modyfikację wybranego pokrycia fosforanem trójwapnia (TCP) i tlenkiem cynku (ZnO), które zostały wprowadzone do matrycy polimerowej. Badania właściwości mechanicznych wykazały, że w rezultacie równoczesnego zastosowania TCP i ZnO wzrasta moduł Younga, a spada wytrzymałość i odkształcalność folii PCL/TCP/ ZnO, jednak nie powinno to wpłynąć niekorzystnie na skuteczność pokrycia. Analizy SEM i EDS powierzchni próbek inkubowanych w SBF potwierdziły potencjalną bioaktywność opracowanych układów.

EN

Magnesium and its alloys can be a promising alternative for traditionally used metallic biomaterials due to their: biocompatibility, biodegradability, osteoconductivity, antibacterial activity, and resemblance of density and Young’s modulus to the natural bone. Rapid corrosion, Mg alloys main disadvantage, causes hydrogen accumulation, harmful pH level increase in surrounding tissues, and premature loss of mechanical parameters. In order to solve those issues, scientists select appropriate alloying elements and apply different surface treatments or coatings. This research considers application of resorbable polymers as coating materials for magnesium alloy wires. Samples were dip-coated with various concentration polylactide (PLA) and polycaprolactone (PCL) solutions. Immersion tests were conducted for 7 weeks in phosphate buffered saline and distilled water; pH and ionic conductivity changes, and release of Mg2+ ions were monitored. We show the influence of polymer solution concentration on the coating quality and effectiveness of anticorrosive protection, as well as superior parameters of polycaprolactone. In the second part of the study, selected coating was modified with tricalcium phosphate (TCP) and zinc oxide (ZnO), that were incorporated into the polymer matrix. Mechanical studies revealed that after modification with those two types of particles Young’s modulus increased, while tensile strength and elasticity of the foils decreased, however it should not affect the effectiveness of the coating. SEM and EDS analysis confirmed potential bioactivity of investigated materials.

4

Characterization of Three-Dimensional Printed Composite Scaffolds Prepared with Different Fabrication Methods

Szlązak K., Jaroszewicz J., Ostrowska B., Jaroszewicz T., Nabiałek M., Szota M., Swieszkowski W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2A

645--650

EN

An optimal method for composites preparation as an input to rapid prototyping fabrication of scaffolds with potential application in osteochondral tissue engineering is still needed. Scaffolds in tissue engineering applications play a role of constructs providing appropriate mechanical support with defined porosity to assist regeneration of tissue. The aim of the presented study was to analyze the influence of composite fabrication methods on scaffolds mechanical properties. The evaluation was performed on polycaprolactone (PCL) with 5 wt% beta-tricalcium phosphate (TCP) scaffolds fabricated using fused deposition modeling (FDM). Three different methods of PCL-TCP composite preparation: solution casting, particles milling, extrusion and injection were used to provide material for scaffold fabrication. The obtained scaffolds were investigated by means of scanning electron microscope, x-ray micro computed tomography, thermal gravimetric analysis and static material testing machine. All of the scaffolds had the same geometry (cylinder, 4×6 mm) and fiber orientation (0/60/120°). There were some differences in the TCP distribution and formation of the ceramic agglomerates in the scaffolds. They depended on fabrication method. The use of composites prepared by solution casting method resulted in scaffolds with the best combination of compressive strength (5.7±0.2 MPa) and porosity (48.5±2.7 %), both within the range of trabecular bone.

5

Charakterystyka mechaniczna wielofunkcyjnej resorbowalnej płytki kompozytowej do zespoleń kostnych

Gryń K., Szaraniec B., Morawska-Chochół A., Chłopek J.

Engineering of Biomaterials

|

2015

|

Vol. 18, no. 133

22--33

PL

W artykule przedstawiono badania mechaniczne prototypowego wszczepu do zespoleń kostnych w postaci resorbowalnej wielofunkcyjnej czterootworowej płytki w kształcie litery I. Testy dotyczyły gotowych implantów w symulowanych warunkach pracy, a nie normatywnych próbek (wiosło, belka) dlatego przygotowano odpowiedni modelowy schemat badawczy implantu. Składał się on z dwóch bloczków imitujących odłamy kostne, połączonych za pomocą badanej płytki, który był poddawany testom mechanicznym w izolowanych stanach naprężeniowo-odkształceniowych (jednoosiowe rozciąganie, trójpunktowe i jednostronne zginanie). Badano płytki wykonane z dwóch odmian polimeru resorbowalnego (poli-L-laktydu) oraz dwa rodzaje kompozytu, w których osnowę stanowiła jedna z odmian polimeru, a fazą modyfikującą była mieszanina mikrometrycznego proszku ortofosforanu trójwapnia i nanometrycznego hydroksyapatytu. Badano także wpływ geometrii płytek na charakterystyki mechaniczne. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono wyraźny wpływ dodatków ceramicznych na zmianę parametrów wytrzymałościowych płytek wykonanych z różnych materiałów. W przypadku polilaktydu z dopuszczeniem medycznym zaobserwowano spadek wytrzymałości przy jednoczesnym podniesieniu modułu Younga E. Ponadto geometria implantu, czyli w badanym przypadku lokalizacja żeberka wzmacniającego, wpływała na uzyskane wyniki. Lepszymi parametrami cechowały się płytki z żeberkiem wzmacniającym na górnej stronie płytki. Ponadto podczas testów zginania stwierdzono, że przy tego rodzaju geometrii płytki pęknięcie lokalizuje się poza przekrojem krytycznym, a więc taka konstrukcja jest bardziej bezpieczna. Z grupy przebadanych prototypów, jako najlepsze, wybrano płytki kompozytowe PL38/TCP/HAp, wykonane z poli-L-laktydu medycznego, modyfikowanego mieszaniną proszków ceramicznych z żeberkiem wzmacniającym na powierzchni górnej. Mogą one znaleźć zastosowanie w osteosyntezie, w miejscach które nie są narażone na zbyt duże obciążenia mechaniczne. Do tej grupy zaliczyć można kości w obrębie twarzoczaszki oraz kości krótkie ręki. Zaleca się przy tym zastosowanie usztywniających opatrunków zewnętrznych.

EN

The article presents the mechanical properties of prototype multifunctional four-hole, I-shaped plate made of resorbable composite and used for osteosynthesis. Multiple tests were conducted on ready-to-use implants and run in simulated real-working conditions. A special customized test stand was constructed for the sake of this research. The model of the osteosynthesis consisted of two rectangular pieces of plexiglas joined together by means of the tested plate. Durability of the physical model was mechanically assessed in static uniaxial tensile, three-point bending, one-side bending tests. Two types of resorbable polymers (poly-L-lactide) and two types of composites based on these polymers were considered. The composites were modified with a combination of two types of bioceramic: micrometric tricalcium phosphate and nanometric hydroxyapatite. The relation between the geometry of the plate and its mechanical characteristics was also investigated for all the tested materials. The test results proved that incorporation of bioceramic modifiers into the polylactide matrix influences the mechanical behaviour of the tested bone plates. The composite based on FDA approved polylactide (PL38) revealed the strength decrease while the Young modulus increased at the same time. The mechanical parameters were also dependent on the geometry of the plate (localization of a stiffening rib). Better results were obtained for the plates with a stiffening rib located on the upper side of the plate. What is more, the three-point-bending test revealed that in such a case the crack line moved away from the critical cross section, making such a plate more reliable. The best parameters were achieved for the three- -component plates (PL38/TCP/Hap) with a stiffening rib on the upper side. They can be potentially applied for osteosynthesis of the bones submitted with rather low loads, e.g. craniofacial bones, metacarpal bones or phalanges. An external stiff stabilisation (a plaster cast) is recommended as an additional support and prevention.

6

Badania właściwości tribologicznych resorbowalnych biomateriałów na bazie polilaktydu

Karalus W., Szaraniec B., Gryń K., Chłopek J., Dąbrowski J. R., Jałbrzykowski M., Szymaniuk E.

Engineering of Biomaterials

|

2015

|

Vol. 18, no. 132

24--30

PL

Celem pracy było przeprowadzenie badań tribologicznych i ocena zużycia biokompozytów polimerowych. Do badań przygotowano trzy rodzaje kompozytów z polilaktydu modyfikowanego dodatkami w postaci: włókien węglowych, fosforanu trójwapnia oraz hydroksyapatytu. Ich zachowanie w warunkach tarciowych porównywano z próbkami referencyjnymi (PLA). Badania tribologiczne realizowano w warunkach tarcia suchego oraz w obecności smaru – soli fizjologicznej (roztwór wodny 0,9% NaCl). Na podstawie badań stwierdzono, że wprowadzenie modyfikatorów ceramicznych do osnowy polilaktydowej poprawiło charakterystyki tribologiczne, zaś dodatek włókien węglowych wpłynął najkorzystniej na obniżenie współczynnika tarcia (μ). Stwierdzono istotny wpływ środka smarnego. O ile w obecności smaru wartości μ dla wszystkich badanych materiałów obniżyły się, to zużycie - wyznaczone na podstawie zmian masy - zmniejszyło się tylko dla czystego polilaktydu oraz polilaktydu modyfikowanego włóknem węglowym. W przypadku kompozytów z fosforanem trójwapniowym i hydroksyapatytem zarejestrowano intensyfikację zużycia. Uzupełnieniem przeprowadzonych badań były obserwacje powierzchni testowanych próbek przy pomocy elektronowego mikroskopu skaningowego (SEM). Niezależnie od warunków (ze smarem czy też bez) najmniejszą odpornością na zużycie tarciowe cechował się czysty polilaktyd. Kompozyty z dodatkami ceramicznymi wykazywały wyraźne ślady zużycia, zaś obserwacje powierzchni kompozytów wzmacnianych włóknami węglowymi ujawniły, że zewnętrzne warstwy poddawane oddziaływaniu tarcia narażone są na fragmentacje włókien węglowych. Zjawisko to może mieć niekorzystny wpływ na możliwość aplikacji takich materiałów w warunkach pracy, w których są narażone na ścieranie.

EN

The objective of this study was the observation and evaluation of tribological characteristics and behavior of biocomposites with polymer matrix under different friction conditions. Three types of polylactide composites were considered: with addition of carbon fibers (CF), tricalcium phosphate (TCP) and hydroxyapatite (HAP). As a reference pure polylactide (PLA) samples were prepared. Tribological tests were conducted under dry friction conditions and in the presence of a lubricant – physiological saline (0.9% NaCl aqueous solution). The results clearly show that introduction of ceramic modifiers to the polylactide matrix enhanced tribological resistance of the composite and carbon fibers addition reduced the value of friction coefficient (μ). It was observed that when the lubricant was present lower values of μ were recorded for all composites but when the wear process was analyzed it was revealed that the loss of mass was reduced only for pure PLA and PLA modified with carbon fibers. For ceramic modified composites the wear processes were more intense. Scanning electron microscopy was used for surface observations of tested samples. Regardless of friction conditions (with or without lubricant) pure polylactide samples, as the softest, wear the most. When surface of composites with ceramic additives were analyzed the biggest grooves and hollows ware observed. Samples with CF exposed to friction conditions reveal inclination to fibers fragmentation, thus application of such composites in kinematic joints in biomedical devices is limited.

7

Phase transformation and structural characteristics of zinc-incorporated β-tricalcium phosphate

Hesaraki S, Farhangdoust S, Barounian M H

Materials Science Poland

|

2013

|

Vol. 31, No. 2

281--287

EN

Biological performance of bioceramics such as calcium phosphate has been proved to be improved by substitution of different ions like Mg, Sr and Si. In this study, different amounts of Zn ions in nitrate form were incorporated into b-tricalcium phosphate in which various molar ratios of Ca:Zn were achieved: 3:0, 2.8:0.2, 2.6:0.4, 2.4:0.6, and 2.2:0.8. The mixtures were heated at different temperatures ranging from 800 – 1100 °C. The phase composition, amount of each phase and lattice parameters of b-tricalcium phosphate were determined by means of X-ray diffractometry and coupled software. Also, solubility of the heated mixtures was investigated by determining the amount of Ca and Zn released into a simulated body fluid during 120 h. The results revealed that only limited amount of Zn ions could be incorporated into b-tricalcium phosphate lattice and ZnO phase was formed when high content of zinc nitrate was introduced in initial mixture. Both a and c lattice parameters of b-tricalcium phosphate were reduced by adding Zn. The release rate of calcium ions into the simulated body ﬂuid was approximately constant during 120 h while for Zn minor release was observed.

8

Effect of heat-treatment on grain growth of nanocrystalline tricalcium phosphate powder synthesized via the precipitation method

Mobasherpour I., Salahi E., Manafi S. A., Darvishi Kamachali R.

Materials Science Poland

|

2011

|

Vol. 29, No. 3

203--208

EN

Nanocrystalline tricalcium phosphate powder was synthesized via the solution- precipitation method followed by heat treatment in order to achieve phase evolution, which was then studied by XRD and TEM techniques. The crystallites sizes were estimated by the Scherrer method and results were confirmed by TEM micrographs. The experimental observations showed that nanocrystalline tricalcium phosphate can be successfully prepared from raw materials by the precipitation technique. This technique is a competitive method for nanocrystalline tricalcium phosphate synthesis compared to other techniques. Moreover, a simple kinetic growth investigation was performed on the nanocrystalline growth process during heat treatment. Results have shown growth rate to increase exponentially with temperature and the growth rate constants to increase with time. The average activation energies of tricalcium phosphate grain growth obtained by this method were 84.78 and 134.38 KJ/mol.

9

Wpływ mieszaniny odbiałczona kość ludzka+bioszkło+fosforan trójwapniowy (TCP) na gojenie ran kostnych zwierząt doświadczalnych - badania wstępne

Nocoń J., Rauch J., Cieślik M., Łączka M., Ślósarczyk A., Rauch B., Cieślik T.

Engineering of Biomaterials

|

2007

|

Vol. 10, no. 69-72

104-106

10

Gojenie ubytków kostnych żuchwy świnek morskich wypełnionych mieszaniną odbiałczonej kości ludzkiej z fosforanem trójwapniowym (TCP) - badania wstępne

Nocoń J., Cieślik M., Rauch J., Ślósarczyk A., Rauch B., Cieślik T.

Engineering of Biomaterials

|

2007

|

Vol. 10, no. 69-72

101-103