Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Struktura i porowatość rusztowań tytanowych wytwarzanych przez selektywne laserowe stapianie

Skalski K., Makuch A., Wysocki B., Jankowski K., Święszkowski W.

Inżynieria Powierzchni

|

2018

|

nr 1

32--42

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych i numerycznych tytanowych rusztowań do hodowli komórkowych. W badaniach strukturalnych z wykorzystaniem mikroskopii skaningowej analizowano wpływ technologii przyrostowej i parametrów procesu technologicznego na kształt i wielkość projektowanych porów. Zaprojektowane konstrukcje o różnej wielkości i kształcie porów zweryfikowano pod kątem wytrzymałości przez symulacje numeryczne metodą elementów skończonych (MES).

EN

The article presents the results of experimental and numerical studies of titanium scaffolds for cell cultures. In structural studies using scanning microscopy, the influence of incremental technology and technological process parameters on the shape and the size of the designed pores was analyzed. The designed constructions of various sizes and pore shapes were verified for strength using numerical simulations by the finite element method (FEM).

2

Wytwarzanie przyrostowe stopów amorficznych metodą selektywnego stapiania laserowego

Żrodowski Ł., Wysocki B., Błyskun P., Wróblewski R., Kurzydłowski K.J., Święszkowski W.

Mechanik

|

2017

|

R. 90, nr 1

50--51

PL

W artykule opisano proces optymalizacji stapiania proszków szkła metalicznego na bazie żelaza. Stapianie prowadzono przy różnych parametrach mocy lasera i strategiach przyrostowego wytwarzania – tak, aby uzyskać wysoką zawartość fazy amorficznej. Wyniki badań potwierdzają istotny wpływ mieszania jeziorka ciekłego metalu oraz szybkości nagrzewania wierzchniej warstwy materiału na amorfizację.

EN

In the paper optimization process for selective laser melting of Fe-based metallic glass powder has been described. Melting process has been conducted with various laser power and parameters to increase materials amorphisation degree. Results showed strong influence of melt pool mixing and heating rate on amorphisation.

3

Ocena bioaktywności in-vitro warstw tytanowych wytwarzanych techniką LENS na implantach

Wysocki B., Supeł A., Durejko T., Święszkowski W.

Mechanik

|

2017

|

R. 90, nr 1

48--49

PL

Kształtowanie przyrostowe LENS (Laser Engineering Net Shaping), będące jedną z technik druku 3D, umożliwia zarówno wytwarzanie, jak i modyfikacje samej warstwy wierzchniej wytworzonego wcześniej produktu. W niniejszej pracy za pomocą techniki LENS wytworzono bioaktywne warstwy o wysokim rozwinięciu powierzchni na powierzchni endoprotez stawu biodrowego. Zarówno warstwy napawane, jak i podłoża były wytworzone ze stopu Ti-6Al-4V. Na otrzymanych warstwach zostały przeprowadzone testy bioaktywności in-vitro w roztworze SBF (Simulated Body Fluid), posiadającym wszelkie niezbędne składniki nieorganiczne osocza ludzkiej krwi. Powstawanie zarodków fosforanów wapnia zaobserwowano techniką SEM (Scanning Electron Microscopy) już po dwóch dniach imersji. Na podstawie uzyskanych wyników podczas badań z użyciem SEM i EDX (Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy) można stwierdzić, że wytworzone techniką LENS warstwy ze stopu Ti-6Al-4V wykazują wysoką bioaktywność w warunkach badań in-vitro w SBF.

EN

Laser Engineering Net Shaping (LENS), which is one of the 3DP techniques, allows for both, the fabrication and the modification of surface layer of the product previously prepared. In the current work, using LENS technique, highly developed bioactive layers, were prepared on the surface of the hip prosthesis. Both, fabricated layers and hip prosthesis, were fabricated from Ti-6Al-4V alloy. The tests were carried out using Simulated Body Fluid (SBF) solution, having all the necessary components on the inorganic human blood plasma. Scanning Electron Microscopy (SEM) showed the nucleation of calcium phosphates even after 2 days of immersion. Based on the results obtained in SEM and EDX tests, it can be claimed that Ti-6Al-4V layers manufactured using LENS technique exhibit high bioactivity in in-vitro, in the SBF solution.

4

Fabrication of custom designed spinal disc replacement for veterinary applications

Chmielewska A., Wysocki B., Szlązak K., Sterna J., Kurzydłowski K. J., Święszkowski W.

Engineering of Biomaterials

|

2017

|

Vol. 20, no. 143 spec. iss.

40

5

The process of design and manufacturing of titanium scaffolds in the SLM technology for tissue engineering

Makuch A., Wysocki B., Jankowski K., Święszkowski W., Skalski K.

Inżynieria Powierzchni

|

2016

|

Nr 4

45--57

PL

W pracy przedstawiono proces projektowania i wytwarzania rusztowań tytanowych technologią selektywnego stapiania laserowego pod hodowle chondrocytów na potrzeby chirurgii rekonstrukcyjnej. Przy wykorzystaniu technik CAD opracowano 4 warianty modeli geometrycznych zróżnicowane kształtowo (2 siatkowe o wymiarach porów 450 µm i 600 µm oraz 2 heksagonalne o porach w kształcie sześciokąta wpisanego w okrąg o średnicy 1097 µm i 1386 µm). Każdy z nich został wykonany w technologii selektywnego stapiania laserowego z proszku tytanu Grade 4 przy większej (40 W) i mniejszej mocy lasera (35 W), a następnie poddany procesowi polerowania chemicznego. Przy wykorzystaniu badań makro- i mikroskopowych zweryfikowano dokładność wymiarową i jakość powierzchni wykonanych prototypów rusztowań, co pozwoliło wskazać najkorzystniejsze parametry procesu wytwarzania rusztowań tytanowych wiernie odwzorowujących modele CAD.

EN

The paper presents the process of design and 3D printing of titanium scaffolds for the culture of chondrocytes for the purpose of reconstructive surgery. Using CAD techniques, 4 variants of geometric models were developed which were diversified in internal architecture (2 net-like ones with the pore size of 450 μm and 600 μm, and 2 hexagonal ones with the pores in the shape of a hexagon inscribed in a circle with a diameter of 1097 μm and 1386 μm). Each of them was made in the technology of selective laser melting of titanium powder Grade 4 with larger (40 W) and smaller (35 W) laser power, and then subjected to the process of chemical polishing. Dimensional accuracy and surface quality of the produced prototypes of scaffolds were verified macro- and microscopically. The studies allowed to identify optimal process parameters for the manufacturing titanium scaffolds with the best representation of the CAD geometrical models.

6

Obrazowanie trójwymiarowych rusztowań kostnych zasiedlonych komórkami macierzystymi

Szlązak K., Chlanda A., Rębiś J., Idaszek J., Kublik Ż., Jaroszewicz J., Woźniak M. J., Święszkowski W.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2014

|

[R.] 20, nr 1 (157)

100--109

PL

W pierwszym etapie niniejszej pracy wytworzono i zasiedlono agregatami komórek macierzystych innowacyjne biomateriały. Rusztowania wykonano z mieszaniny poli(3-hydroksymaślanu-ko-3-hydroksywalerianu) (PHBV), poli(L-laktydu-ko-glikolidu) (PLGA) oraz trójfosforanu wapnia (TCP). W drugim etapie pracy, scharakteryzowano wytworzone biomateriały wykorzystując techniki rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej z użyciem środka kontrastującego. Poddano je także analizie powierzchniowej przy pomocy mikroskopu sił atomowych. Wyniki odniesiono do materiału referencyjnego, którym były rusztowania wykonane z PHBV i PLGA. Mikrotomografia komputerowa zapewniła wnikliwą ocenę struktury rusztowań kostnych. Oprócz obrazowania komórek macierzystych umożliwiła obserwację mikrostruktury w całej objętości badanego materiału w 3D. Kolejną techniką szeroko stosowaną do badań rusztowań polimerowych była mikroskopia sił atomowych. Umożliwiła ona wizualną ocenę topografii badanych materiałów oraz analizę ich chropowatości. Wytworzone rusztowania kostne miały odpowiednie parametry dla proliferacji komórek macierzystych. Wyniki niniejszej pracy wykazały, że tomografia komputerowa jest odpowiednim narzędziem do obrazowania komórek macierzystych zasiedlonych na porowatych biomateriałach. Dodatkowo stwierdzono, że specjalnie modyfikowane sondy skanujące umożliwiły dokładniejszy w stosunku do standardowych pomiar chropowatości powierzchni rusztowań.

EN

The first stage of this study involved the preparation and seeding of innovative biomaterials with stem cell Scaffolds through a mixture of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroksy-valerat) (PHBV), poly (L-lactide-co-glycolide) (PLGA) and tricalcium phosphate (TCP). In the second stage, biomaterials were characterized using a X-ray computed microtomography (CT) with a contrast agent. They were also subjected to surface analysis using atomic force microscopy. The results were compared to the reference material, of a PHBV/PLGA composite scaffold. The computed microtomography ensured rigorous assessment of the bone scaffold structure. Apart from stem cell imaging it also enabled the observation of the microstructure in the entire volume of the material in 3D. Another technique used to study polymeric scaffold was atomic force microscopy (AFM). It allowed for the visual assessment of the topography of the tested materials, as well as the analysis of their surface roughness. The tested bone scaffolds showed appropriate parameters for stem cell proliferation. The results of this study indicated that tomography is a suitable tool for the imaging of stem cell seeding on porous biomaterials. In addition, we couclude that specially modified scanning probes enabled more accurate surface roughness measurements.

7

Effect of internal architecture on mechanical properties of polycaprolactone scaffolds for tissue regeneration

Ostrowska B., Święszkowski W., Kurzydłowski K.J.

Engineering of Biomaterials

|

2014

|

Vol. 17, no. 128-129

8--9

EN

The aim of the study was to investigate the influence of internal architecture of 3D printed scaffolds on their mechanical properties. The polycaprolactone scaffolds with six different internal architectures fabricated by rapid prototyping method were tested in this study. The scaffolds were plotted using a 330 μm dispensing needle, layer by layer with lay-down pattern of the fibers: 00/150/300; 00/300/600; 00/450/900, 00/600/1200, 00/750/1500 and 00/900/1800. Morphological analyses and mechanical properties examinations were performed. The obtained scaffolds had structures with high open porosity (50-60%) and interconnected pores ranging from 380 to 400 μm. The different lay-down pattern and the angle deposition of successive fiber layers resulted in different internal architecture and pore shape of the constructs, what was confirmed by scanning electron microscopy and microtomography analyzes. The geometries 00/900/1800 and 00/600/1200 were characterized with the most regular shape of pores between all analyzed architectures. The pores for 00/150/300 and 00/300/600 were not regular and arranged as a ladder-like helicoid structures. The lay-down pattern of the fibers affected significantly the mechanical properties of the scaffolds. The Young’s modulus (E) of the scaffolds was increasing with increase of the angle deposition between successive layers. The scaffolds were also subjected to cyclic loading and again geometry and mechanical properties were under investigation. For all type of scaffolds the differences of mechanical properties after dynamic compression have been noticed. The geometries 00/900/1800 and 00/600/1200 exhibited the highest Young’s Modulus after dynamic compression according to the rest of analyzed samples. According to the conducted research there is a clear correlation between internal architecture of polymeric scaffolds and their mechanical properties.

8

Root Canal System Analysis with a Group of First Permanent Molars of Upper and Lower Jaw

Mroczek K., Szlązak K., Jodkowska E., Święszkowski W., Kurzydłowski K.J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 2

629--632

EN

A progressive bacteria invasion on tooth tissues leads to pulp inflammation, microabscesses of the pulp, destruction and in consequence inflammation of periapical tissues. Therefore the aim of endodontic treatment is three dimensional debridement of a root canal from the vent in pulp chamber to the physiological narrowing. Therefore the aim of the study is analysis of root canal configuration, number of canals, presence of lateral canals and canal delta with the group of first permanent molars. At the same time the accuracy of the radiological examination (x-ray images) is estimated due to comprehension of X-ray images performed before teeth preparation with root canal system and after observation of transversal cuts by means of light microscopy and microtomography. This establishment is presented through the differences in conventional radiological image and clinical assessment.

PL

Postępująca inwazja bakteryjna w tkankach zęba prowadzi do zapalenia miazgi, powstawania w niej mikroropnii, zniszczenia a w konsekwencji do zapalenia ozębnej. Z tego względu celem leczenia endodontycznego stało się trójwymiarowe oczyszczenie kanału korzeniowego od jego ujścia do przewężenia fizjologicznego. Dlatego celem pracy jest analiza konfiguracji, ilości kanałów korzeniowych, istnienia kanałów bocznych oraz delty korzeniowej w grupie pierwszych zębów trzonowych stałych w uzębieniu ludzkim. Jednocześnie ocenie poddawana jest dodatkowo swoistość badania radiologicznego (zdjęcia zębowe), poprzez porównanie zdjęć rentgenowskich wykonanych przed preparacją zębów z obrazem systemu kanałowego uzyskanego na podstawie mikrotomografii oraz po wykonaniu szlifów poprzecznych i ich obserwacji na mikroskopie świetlnym. Celem tej oceny jest zaprezentowanie rozbieżności pomiędzy oceną radiologiczną systemu kanałowego a kliniczną.

9

Badanie porowatości i nasiąkliwości wybranych tworzyw akrylowych stosowanych w protetyce stomatologicznej w wykonawstwie płyt protez

Osica I., Szlązak K., Kapłan T., Cierech M., Wróbel K., Mierzwińska-Nastalska E., Bucki J. J., Święszkowski W.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2013

|

[R.] 19, nr 1 (151)

32--36

PL

W pracy porównano nasiąkliwość i porowatość wybranych tworzyw akrylowych stosowanych w wykonawstwie płyt ruchomych protez zębowych. W badaniach wykorzystano próbki sześciu szeroko dostępnych na rynku polskim tworzyw akrylowych. Materiały wytworzono trzema różnymi metodami polimeryzacji w zależności od typu tworzywa. Nasiąkliwość tworzyw oznaczono na podstawie normy PN-EN ISO 62. Porowatość określono przy użyciu rentgenowskiej tomografii komputerowej (Computed Tomography - CT). Powierzchnię tworzyw przed i po polerowaniu poddano obserwacjom mikroskopowym przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (Scanning Electron Microscope - SEM). Przeprowadzone badania wykazały różnicę w nasiąkliwości wytworzonych materiałów. Tworzywa charakteryzują się niewielką porowatością lub całkowitym jej brakiem. Wykazano, iż polerowanie znacząco wpływa na nasiąkliwość materiałów oraz zmniejsza rozwinięcie powierzchni.

EN

In this study porosity and absorbability of acrylic resins were compared. These polymeric materials are used in dental prosthodontics in order to perform bases of dentures. Six types of popular acrylic were examined. Samples were produced using three different methods of polymerization, corresponding to resin type. Absorbability of acrylic resins was examined according to PN-EN ISO 62 standard. Porosity of acrylic resins was examined using Computed Tomography (CT). Surface of acrylic samples was observed on Scanning Electron Microscope (SEM) before and after polishing. Results show that there is a difference in absorbability of acrylic resins. Samples are characterized by low porosity or even lack of porosity. It was demonstrated, that polishing affect perceptibly on absorbability and significantly decreases surface area.

10

Collagen-Modified Chitosan Fibres Intended for Scaffolds

Wawro D., Stęplewski W., Brzoza-Malczewska K., Święszkowski W.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2012

|

Vol. 20, no. 6B (96)

32--39

EN

A method is presented for the preparation of collagen-modified chitosan fibres (Chit/Col) from chitosan-collagen solutions. The fibres may be used in the construction of scaffolds. Chitosan solutions with a concentration of 5.21% in an aqueous 3.0% acetic acid solution with the addition of glycerol were mixed with aqueous solutions of collagen. The applied chitosan was derived from the northern shrimps (Pandalus borealis) and the collagen from calf hide. The usability of chitosan and collagen was determined for the preparation of spinning solutions and Chit/Col fibres. Rheological properties are discussed for the chitosan-collagen solutions used in the spinning of Chit/Col fibres with linear density in the range of 3.30 – 8.36 dtex. The fibres are featured by increased nitrogen content and tenacity when compared to pure chitosan fibres. The performance of the spinning process was good.

PL

W artykule przedstawiono sposób wytwarzania, metodą mokrą, włókien chitozanowych modyfikowanych kolagenem (Chit/Col) z roztworów chitozanowo-kolagenowych przydatnych do budowy rusztowań komórkowych (scaffolds). Stosowano roztwory chitozanu o stężeniu do 5,21% w wodnym 3.0% kwasie octowym zawierające glicerynę, które mieszano z wodną zawiesiną kolagenu. Zastosowano chitozan pochodzący z krewetki północnej (Pandalus borealis) i kolagen ze skór cielęcych. Określono przydatność chitozanu i kolagenu do wytwarzania roztworów przędzalniczych i włókien Chit/Col. Omówione zostały również właściwości reologiczne roztworów przędzalniczych chitozanowo-kolagenowych, z których formowano włókna odcinkowe Chit/Col o masie liniowej w zakresie 3.30 – 8.36 dtex charakteryzujące się wyższą zawartością azotu oraz wyższymi wartościami wytrzymałości właściwej w stosunku do włókien chitozanowych. Przebieg formowania włókien Chit/Col został oceniony pozytywnie.

11

Wytwarzanie porowatych rusztowań z poli(3-hydroksymaślanu-ko-3-hydroksywalerianu) za pomocą techniki szybkiego prototypowania

Kublik Ż., Idaszek J., Święszkowski W.

Engineering of Biomaterials

|

2012

|

Vol. 15, no. 116-117 spec. iss.

79--81

PL

Poli(3-hydroksymaślan-ko-3-hydroksywalerian) (PHBV) jest polimerem biodegradowalnym należącym do grupy poliestrów alifatycznych. Polimer ten jest termoplastem o wysokim wskaźniku szybkości płynięcia, co utrudnia jego przetwarzanie za pomocą wytłaczania. W przedstawionych badaniach wytworzono mieszankę PHBV z PLGA oraz wyznaczono jej masowy wskaźnik szybkości płynięcia (MFR). Dodatek PLGA obniżył MFR, co umożliwiło wytworzenie trójwymiarowego rusztowania za pomocą techniki szybkiego prototypowania.

EN

Poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) is a biodegradable polymer which belongs to a group of aliphatic polyesters. PHBV is a thermoplast with a relatively high melt flow index. This property makes it difficult to process by means of extrusion. In the present study we have prepared PHBV blended with PLGA and determined its melt flow rate (MFR). The addition of PLGA decreased MFR, which enabled fabrication of three-dimensional scaffold by means of Fused Deposition Modeling (FDM).

12

Porównanie właściwości mechanicznych biodegradowalnych kompozytów podwójnych i potrójnych na osnowie PCL

Korzeb K., Idaszek J., Święszkowski W.

Engineering of Biomaterials

|

2012

|

Vol. 15, no. 116-117 spec. iss.

66--68

PL

Celem poniższych badań było porównanie właściwości mechanicznych włókien kompozytów polimerowo-ceramicznych na osnowie polikaprolaktonu (PCL) jako potencjalnego materiału do wytworzenia rusztowań do regeneracji ubytków tkanki kostnej w organizmie człowieka. Jako napełniacz wykorzystano mikro-cząstki trójfosforanu wapnia (TCP). Wytworzono również kompozyt potrójny zawierający dodatkowo kopolimer kwasu mlekowego i glikolowego (PLGA). Przeprowadzono próbę rozciągania oraz obserwację na skaningowym mikroskopie elektronowym. Wprowadzenie mikrocząstek TCP do osnowy PCL tylko w małym stopniu poprawiło właściwości mechaniczne kompozytów. Dopiero dodatek PLGA spowodował znaczy wzrost sztywności oraz podwyższenie granicy plastyczności.

EN

The aim of present study was to compare the mechanical properties of binary and ternary composite fibers fabricated by means of combined solvent casting and fused deposition modeling techniques. The tested composites were composed of polycaprolactone (PCL) matrix and tricalcium (TCP) micro-particles (binary composite) and additionally poly(D,L-lactide- co-glycolide), PLGA, (ternary composite). TCP and PLGA were used as a reinforcement of the composites. Tensile test was conducted in order to determine the effect of TCP and PLGA on mechanical properties of the composites. Introduction to TCP particles had slight effect of the Young's modulus. However, addition of TCP and PLGA to PCL matrix significantly improved the mechanical properties of the ternary composite.

13

Investigation of influence of internal architecture on mechanical properties of 3D printed scaffolds for bone tissue engineering

Ostrowska B., Święszkowski W., Kurzydlowski K.J.

Engineering of Biomaterials

|

2012

|

Vol. 15, no. 116-117 spec. iss.

8--9

EN

The aim of the study was to investigate the influence of internal architecture of 3D printed scaffolds on their mechanical properties. The polycaprolactone scaffolds with four different geometries produced by rapid prototyping were tested in this study. The 3D samples were manufactured with different internal architecture. The scaffolds were plotted using a 330 ym dispensing needle, layer by layer with lay-down pattern of the fibers: 00/450/900, 0P/60°/120°, 00/900/1800 and 00/600/1200 with shifted layers. Scanning electron mic¬roscopy analyses and mechanical properties examinations were performed. The mechanical test showed that the highest Young's modulus was obtained for the samples with 0P/6CP/12CP lay-down pattern, especially after layers shifting. The SEM analyzes didn't show any defects or layers delamination in the scaffolds. All the samples were characterized by appropriate 3D architecture and good layers connections. The obtained results confirmed the hypothesis that scaffolds with 00/60°/120l0 lay-down pattern of the fibers and with shifted layers have the highest mechanically properties of the investigated samples and therefore, show high potential to be used in bone tissue engineering application.

14

Change of mechanical properties of PCL-based ternary composite scaffolds fabricated by solid freeform fabrication technique during in vitro degradation

Idaszek J., Święszkowski W., Kurzydłowski K. J.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 4

228-231

EN

The number of critical bone defects caused by injury, cancer or aging of the world population is increasing. Techniques currently used to repair these defects suffer from several disadvantages, such as a lack of mechanical and biological matching of bone characteristics, the requirement of second surgery and the risk of pathogen transmission. Scaffolds made of bioresorbable polymers are a promising alternative as they temporarily support regeneration of the damaged site and undergo complete degradation after new tissue is formed. The goal of the present study was to determine the changes of the mechanical properties of fibrous PCL-based nanocomposite scaffolds during in vitro degradation. The composite scaffolds containing PCL, 5 wt.% of hydroxyapatite nanoparticles, HA, and different concentrations of PLGA were prepared by combined solvent casting and solid freeform fabrication techniques. The composite scaffolds were subsequently put to a dynamic degradation test. After fixed periods of time, the mechanical properties, mass loss of the scaffolds and change of the surface morphology (SEM) were determined. It was observed that the addition of PLGA accelerated the degradation of the scaffolds. However, the mechanical properties increased during the first weeks of incubation.

PL

Liczba krytycznych ubytków kostnych powstałych w następstwie wypadków, nowotworów czy też na skutek chorób wynikających z wydłużania się przeciętnej długości życia ciągle wzrasta. Techniki ortopedyczne używane obecnie do ich leczenia to alloplastyka oraz auto-, allo- i ksenoprzeszczepy. Techniki te posiadają jednak wady, takie jak możliwość ulegania korozji w przypadku alloplastów (implanty metalowe), ograniczone rozmiary autoprzeszczepów, czy ryzyko przeniesienia czynników chorobotwórczych przy transplantacji allo- i ksenoprzeszczepów. Rusztowania wykonane z polimerów bioresorbowalnych nie posiadają wyżej wymienionych wad, ponieważ ich zastosowanie jest przewidziane jako tymczasowe, a uleganie w środowisku biologicznym resorpcji eliminuje konieczności przeprowadzania dodatkowej operacji. Rusztowania bioresorbowalne mogą być dodatkowo zasiedlone materiałem autogennym pobranym od chorego podczas biopsji. Polikaprolakton (PCL) jest biodegradowalnym poliestrem o bardzo dobrej biozgodności. Jego dodatkowymi zaletami są bardzo dobre właściwości reologiczne oraz wysoka stabilność termiczna. Niestety, polimer ten wykazuje znaczną hydrofobowość oraz bardzo długi okres resorpcji (do 4 lat). Jednym ze sposobów na przyspieszenie degradacji bioresorbowalnych polimerów jest wytworzenie kompozytów z bioaktywnym napełniaczem nieorganicznym lub mieszanki z szybciej degradującym polimerem, np. kopolimerem kwasu glikolowego i mlekowego (PLGA). Przy projektowaniu rusztowań do zastosowań w inżynierii tkankowej niezmiernie ważne jest dopasowanie szybkości resorpcji rusztowania do tempa regeneracji tkanki, tak aby rusztowanie mogło zapewnić stabilność mechaniczną do momentu odbudowy ubytku. Celem niniejszych badań była charakteryzacja procesu degradacji porowatych rusztowań wykonanych z kompozytów potrójnych o osnowie z PCL ze szczególnym uwzględnieniem zmiany ich właściwości mechanicznych. Badania rozpoczęto od wytworzenia materiałów kompozytowych, zawierających nanocząstki hydroksyapatytu oraz różne stężenia PLGA, przez wylanie z roztworu. Następnie z tak przygotowanych kompozytów wytworzono porowate rusztowania za pomocą techniki szybkiego prototypowania. Rusztowania te poddano procesowi degradacji w płynie symulującym środowisko fizjologiczne (ang. Simulated Body Fluid, SBF). W określonych czasowych punktach pomiarowych próbki wyjmowano z roztworu, myto w wodzie destylowanej, suszono w suszarce próżniowej i ważoono w celu wyznaczenia ubytku masy. Następnie w statycznej próbie ściskania badano właściwości mechaniczne rusztowań w celu określenia ich zmiany. W początkowym okresie inkubacji obserwowano wzrost sztywności oraz granicy plastyczności dla wszystkich badanych rusztowań kompozytowych. Po 9 tygodniach inkubacji w SBF nastąpił spadek właściwości mechanicznych rusztowań zawierających najwyższe stężenia PLGA. Dodatek PLGA miał zatem istotny wpływ na szybkość degradacji rusztowań oraz w konsekwencji zmianę właściwości mechanicznych.

15

Biomaterials for the replacement and regeneration of articular cartilage

Święszkowski W.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

z. 24

3-134

EN

The aim of the monograph is to develop novel biomaterials and scaffolds wich may by used for the repair of cartilage damage arising from sports or occupational traumas or to overcome degenerative osteoarthritis. Two new engineering solutions are proposed: (1) an artificial cartilage consisting of nondegradable, modified Polyvinyl Alcohol (PVA) hydrogel, infiltrated into porous titanium, to replace the function of natural cartilage and stop further growth of cartilage defects; (2) a bioactive degradable hybrid 3D tissue engineered product (TEP) to support self regeneration to overcome osteochondral defects. The results of numerical and experimental evaluation of the both solutions lead to conclusion that the artificial cartilage as well as hybrid scaffold show high potential to be used for the replacement and regeneration of the articular cartilage.

PL

Chrząstka stawowa jest tkanką łączną, która pokrywa powierzchnie stykających się ze sobą kości w stawach. Zbudowana jest miedzy innymi z wody, komórek chrzęstnych zwanych chondrocytami oraz substancji międzykomórkowej, często określanej mianem macierzy. Macierz stanowią nanowłókna kolagenowe, proteoglikany i białka niekolagenowe. Dzięki takiej budowie, chrząstka stawowa posiada zdolność pochłaniania i rozkładu sił działających w stawie, oraz zapewnia niemal beztarciowy ruch powierzchni stawowych. W wyniku urazów i chorób zwyrodnieniowych stawów chrząstka traci powyższe właściwości. W przeciwieństwie do tkanki kostnej chrząstka nie ma możliwości regeneracji samoistnej; raz uszkodzona może tylko wypełnić się blizną łącznotkankową. Szacuje się, że około15% ludzi na świecie cierpi z powodu chorób chrząstki stawowej. Liczbę osób w Polsce dotkniętych chorobami chrząstki ocenia się na około 5 milionów. Objawami klinicznymi tych chorób są ból i ograniczenie funkcji stawu. Do obecnie stosowanych metod leczenia chorób chrząstki należą: leczenie farmakologiczne, przeszczepy własnej chrząstki (np. z powierzchni nieobciążanej), przeszczepy allogeniczne (pobrane ze zwłok), przeszczepy okostnej i/lub komórek szpiku oraz techniki stymulujące powstawanie blizny chrząstkopodobnej: nawiercanie i mikrozłamania. Przy większych ubytkach chrząstki konieczne jest stosowanie alloplastyki stawu. Większość stosowanych metod pomimo zaawansowania technicznego ma znikomą skuteczność terapeutyczną i ograniczone wskazania. Z tego powodu konieczne jest poszukiwanie nowych rozwiązań leczenia chorób chrząstki. Dzięki znaczącym postępom w inżynierii materiałowej i nanotechnologii opracowywane są nowe, doskonalsze rozwiązania materiałowe do zastosowań w medycynie. Powstają nowe biomateriały - substancje naturalne lub syntetyczne, które służą do wytworzenia elementów uzupełniających lub zastępujących tkanki i/lub narządy człowieka. Używane są między innymi do wytwarzania zespoleń kostnych, sztucznych stawów, naczyń krwionośnych oraz produktów inżynierii tkankowej. W związku z zastosowaniem biomateriałów w organizmie ludzkim powinny one charakteryzować się wysoką biozgodnością, świetnymi właściwościami mechanicznymi oraz budowa zbliżonej do zastępowanych tkanek i narządów. W zależności od strategii leczenia wymaga się od nich także wysokiej odporności chemicznej, bądź przeciwnie, dużej reaktywności, aż do resorpcji w środowisku fizjologicznym. W świetle istniejących osiągnięć w zakresie biomateriałów stosowanych w leczeniu chrząstki stawowej w niniejszej pracy przedstawiono oryginalne rozwiązania materiałowe, które mogą wspomagać zastępowanie ubytków tkanki chrzęstnej oraz regenerację i odbudowę uszkodzonej tkanki chrzęstnej. Opracowanie nowych rozwiązań materiałowych poprzedzone jest w pracy rozważaniami poznawczymi na temat potencjalnych mechanizmów uszkodzeń sztucznych stawów człowieka. Dokonano analizy uszkodzeń implantów i ich przyczyn na postawie symulacji numerycznych oraz badań eksperymentalnych. Analizy numeryczne wykazały znaczący wpływ materiału i geometrii implantów na stań naprężeń i odkształceń w sztucznym stawie barkowym. Wykazano, że wartości naprężeń w implantach często przekraczają dopuszczalne naprężenia do stosowanych materiałów, co może prowadzić do ich uszkodzeń, np. zużycia materiału. Występowanie mechanizmów niszczenia materiałów implantacyjnych tj. zużycie, korozja, pękanie i utlenianie, potwierdzone zostało w szczegółowych badaniach protez usuniętych w operacjach rewizyjnych stawów człowieka. Dodatkowe badania na opracowanym stanowisku do testów trybologicznych endoprotez stawu barkowego pozwoliły wyznaczyć wpływ geometrii implantu i naprężeń kontaktowych na zużycie materiału polimerowego. Jednym z proponowanych oryginalnych rozwiązań materiałowych jest opracowanie nowego biozgodnego materiału na bazie hydrożelu alkoholu poliwinylowego z zastosowaniem metody termicznej (cyklicznego zamrażania i odmrażania) oraz porowatego tytanu (porowatość otwarta 75%) otrzymanego metodą metalurgii proszków. Materiał hydrożelowy stanowić będzie "sztuczną chrząstkę" implantowaną w miejscu ubytku chrząstki naturalnej. Częściowa infiltracja porowatego tytanu hydrożelem, pozwoli na mocowanie "sztucznej chrząstki" w miejscu ubytku poprzez wrastanie tkanki kostnej w porowatą strukturę metalu. Dzięki zastosowaniu takiej metody uzyskano prototyp implantu chrząstki składający się z warstwy hydrożelu i porowatego tytanu. Przeprowadzone badania eksperymentalne oraz analizy numeryczne wykazały, że opracowany implant charakteryzuje się korzystniejszymi właściwościami trybologicznymi oraz mechanicznymi w porównaniu z obecnie stosowanymi rozwiązaniami. Właściwości mechaniczne i strukturalne otrzymanego hydrożelu są zbliżone do właściwości naturalnej chrząstki. Należy przypuszczać, że dzięki tym cechom nowy implant na długo przywróci funkcję chrząstki stawowej. Drugi wątek badań aplikacyjnych dotyczy obiecującej metody regeneracji chrząstki poprzez zastosowanie inżynierii tkankowej. Metoda ta zakłada wykorzystanie komórek pacjenta, które po wyizolowaniu i namnożeniu są hodowane na trójwymiarowym rusztowaniu i wraz z nim wszczepiane w miejsce ubytku tkanki. Po pewnym czasie komórki te tworzą nową tkankę a rusztowanie ulega degradacji. W pracy opracowano prototyp nowego bioaktywnego rusztowania dla komórek, który ma za zadanie wspomagać proces regeneracji chrząstki stawowej. Oryginalność proponowanego rozwiązania przejawia się w jednoczesnym zastosowaniu mikro i nano włókien do wytworzenia hybrydowej konstrukcji rusztowania. Hybrydowe rusztowanie powstaje w procesie powstałym z połączenia metody szybkiego prototypowania i elektroprzędzenia. Do wytworzenia rusztowania zastosowano materiały polimerowe o wysokiej czystości i biozgodności tj. polimer kwasu mlekowego oraz polikaprolakton. Wstępne badania biologiczne na komórkach mezenchymalnych szpiku kostnego potwierdzają biozgodność i bioaktywność opracowanego rusztowania. Podsumowując, przedstawiona praca przedstawia stan obecny badań w zakresie biomateriałów stosowanych w leczeniu uszkodzeń i chorób chrząstki stawowej oraz dwa nowe rozwiązania: sztuczną chrząstkę i hybrydowe rusztowanie. Mimo zadowalających wyników badań zastosowanie powyższych rozwiązań w praktyce klinicznej nadal wymaga szeregu badań przedklinicznych, w tym badań biologicznych na komórkach oraz badań na zwierzętach.

16

Silanizacja jako metoda poprawy adhezji powłok PLLA do gwoździ śródszpikowych – badania wstępne

Choińska E., Sobiecki J. R., Święszkowski W., Kurzydłowski K.J.

Engineering of Biomaterials

|

2010

|

Vol. 13, no. 96-98

88--92

17

Image processing algorithm for cell force sensor with a micropillar patterned substrate

Smolik W. T., Święszkowski W., Kurzydłowski K. J., Bruinink A., Danz N.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2010

|

Vol. 30, no. 3

49-64

EN

The paper presents an image analysis for cell force measurement using a patterned substrate surface. The cell forces are transduced to a hexagonal lattice of microcantilevers in the shape of cylindrical pillars installed on a substrate surface. The magnitude and direction of pillars deflection is measured optically by an analysis of transmission images of the substrate. The template matching is used for identification of the position of pillars. The hexagonal lattice of pillars is identified automatically and used as information about the reference rest position of the pillars. The elaborated algorithm was tested using simulated data. The first results using real images are presented.

18

Surface Modification of Stainless Steel Intramedullary Nails to Improve Adhesion of Polymeric Coatings

Choińska E., Kijeńska E., Kamiński J., Milosev I., Święszkowski W., Wierzchoń T., Kurzydłowski K. J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2010

|

Vol. 55, iss. 1

163-170

EN

The aim of the study was to develop a method of surface modification of steel AISI 316L to improve polymeric coatings adhesion. Two methods were used: etching by solution of H2S04 and H202 "piranha" and cathodic sputtering. The change of the surface topography and chemical composition were analyzed using optical profilometer and scanning electron microscope. The impedance electrochemical method and polarization method were used for corrosion resistance measurement. The scratch test was performed to assess adhesion of the polymer to the steel. The results show that after both modifications the surface roughness and polymer adhesion increase. However, significant decrease of steel corrosion resistance were observed after etching. In comparison the cathodic sputtering had a smali influence on corrosion resistance of the steel.

PL

Celem pracy było opracowanie metody modyfikacji powierzchni stali AISI 316L w celu zwiększenia adhezji powłok polimerowych. Zastosowano dwie metody modyfikacji: trawienie roztworem H2S04 i H202 tzw. „piranią" oraz proces rozpylania katodowego. Wpływ modyfikacji na topografię i skład chemiczny powierzchni oceniano przy użyciu profilometru optycznego oraz skaningowego mikroskopu elektronowego. Odporność korozyjną badano metodami impedancyjną i potencjodynamiczną. Do oceny przyczepności wykorzystano test zarysowania. Otrzymane wyniki wykazały, ze zastosowane modyfikacje powierzchni stali powodują wzrost jej chropowatości, i wynikający z tego wzrost przyczepności powłok polimerowych. Jednocześnie obserwowano zmiany w odporności korozyjnej stali. Trawienie spowodowało spadek odporności korozyjnej, natomiast rozpylanie katodowe tylko nieco zmieniło odporności korozyjną.

19

Nowe hybrydowe powłoki DLC-polimer jako potencjalne powłoki przeciwzużyciowe na implanty stawu biodrowego typu „resurfacing”

Choińska E., Spychalski M. M., Ciupiński Ł., Święszkowski W., Tiainen V.-M., Kurzydłowski K. J.

Engineering of Biomaterials

|

2009

|

Vol. 12, no. 89-91

66--68

20

Wpływ stopnia krystaliczności na stabilność radiacyjną UHMWPE

Kornacka E.M., Przybytniak G., Święszkowski W.

Inżynieria Biomateriałów

|

2006

|

R. 9, nr 58-60

146-149

PL

Wpływ promieniowania jonizującego na polietylen oceniano za pomocą spektrometrii EPR. Stwierdzono, że duża zawartość fazy krystalicznej w UHMWPE powoduje wzrost trwałości rodników alkilowych, zmniejszenie wydajności procesów utleniania, hamuje powstawanie rodników typu allilowego oraz sprzyja pękaniu łańcucha głównego w wyniku beta-fragmentacji.

EN

The influence of ionising radiation on polyethylene was investigated by EPR spectroscopy. It was found that high content of crystalline phase in UHMWPE induces: increase in stability of alkyl radicals, decrease in yield of oxidation processes, inhibition of the formation of allyl type radicals, and simultaneously facilities scissions of the main chain as a result of beta-fragmentation.