Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wytrzymałość zmęczeniowa wielofunkcyjnej resorbowalnej płytki kompozytowej w symulowanych warunkach biologicznych

Gryń K., Szaraniec B., Chłopek J.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 147

21--30

PL

Artykuł jest kolejną częścią prezentującą wyniki badań mechanicznych wielofunkcyjnych resorbowalnych płytek zespalających. Testy dotyczyły wyznaczenia wytrzymałości zmęczeniowej płytek ze-spalających w warunkach symulujących rzeczywiste warunki pracy. Określenie tego parametru, zwłaszcza w elementach poddawanych obciążeniom zmiennym w czasie, jest bardzo ważne ze względu na możliwość wystąpienia w materiale zmian strukturalnych np.: umocnienia odkształceniowego czy rozwoju defektów prowadzących do zniszczenia elementu. Materiały kompozytowe o osnowie polimerowej modyfikowane cząstkami ceramicznymi są stosunkowo czułe na tego typu obciążenia. Kolejnym aspektem, który musi być uwzględniony przy opisie i charakterystyce mechanicznej przedmiotowych implantów jest środowisko, w jakim się one docelowo znajdą. Temperatura, pH oraz skład chemiczny to czynniki bezpośrednio wpływające na sposób i tempo degradacji polimeru resorbowalnego. Degradacja z kolei wpływa na charakterystyki wytrzymałościowe osłabiając materiał. W prezentowanych badaniach zastosowano modelowe zespolenie, w którym rolę odłamów kostnych pełniły specjalnie przygotowane bloczki z PMMA, do których za pomocą śrub metalowych przymocowana była testowana płytka. Tak przygotowany układ mocowano w maszynie zmęczeniowej i poddawano cyklicznemu rozciąganiu. Zastosowano dwa warianty badania: pierwsze, gdzie modelowe zespolenie obciążano „na sucho” bez obecności płynów symulujących środowisko biologiczne; i drugi, gdzie modelowe zespolenie umieszczano w zamkniętym zbiorniku, wypełnionym płynem symulującym środowisko biologiczne. Jako medium zastosowano płyn Ringera podgrzewany do temperatury ~37°C.Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono, że płytki badane „na sucho”, cechowały się inną charakterystyką niż płytki wystawione na oddziaływanie symulowanego środowiska biologicznego.

EN

The article is part of a series of publications presenting the results of mechanical tests of multi-functional resorbable fixation plates. Tests were con-ducted on prototype plates in conditions simulating natural biological environment. The examinations were meant to assess the so-called “implant working time” or fatigue strength of the fixation plates. This parameter is particularly important in the case of elements subjected to time-varying loads due to the possibility of alterations to the material structure, strain strengthening or development of defects leading to the implant failure. Composite materials consisting in a polymer matrix modified with ceramic particles are quite sensitive to variable loads. Moreover, the complex geometry of the tested plates makes them more vulnerable to destruction with the critical cross-sections located at the fixing holes. Another key aspect is the biological environment where the implants will perform their functions. The temperature, pH and chemical composition are factors directly affecting the way and rate of degradation of the resorbable polymer. Degradation affects the strength characteristics, obviously weakening the material. The tests were performed on a model composed of PMMA blocks playing the role of bones with the tested plate attached with metal screws. The model was mounted in a fatigue machine and subjected to cyclic stretching. Two variants of the examinations were performed. Firstly, the model was tested in “dry” conditions; secondly - in a closed container filled with fluids simulating the biological environment (the Ringer’s solution heated to ~37°C used as the medium). The results revealed that the plates tested in “dry” conditions were endowed with different characteristics as compared to the plates exposed to the simulated biological environment.

2

Sodium hyaluronate/ graphene oxide hydrogels for cartilage tissue engineering

Hunger M., Domalik-Pyzik P., Chłopek J.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

88

3

Polymeric hydrogels for cartilage tissue regeneration

Pielichowska K., Lach A., Skoczeń M., Ordon K., Złocista-Szewczyk N., Chłopek J.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

78

4

Hydrogels based on natural polymers for cartilage tissue regeneration

Złocista-Szewczyk N., Lach A., Skoczeń M., Chłopek J., Pielichowska K.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

79

5

Fabrication and characterization of graphene-loaded chitosan hydrogels with cross-linking gradient

Kosowska K., Domalik-Pyzik P., Chłopek J.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

40

6

Composite coatings of polylactide with graphene oxide and hydroxyapatite on titanium

Torcuato M. S., Szaraniec B., Kąc S., Chłopek J.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

116

7

Application of polymer- and graphene- based materials in biomedical research

Sekuła M., Domalik-Pyzik P., Noga S., Karnas E., Kosowska K., Hunger M., Złocista-Szewczyk N., Jagiełło J., Lipińska L., Pielichowska K., Chłopek J., Zuba-Surma E.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

66

8

Graphene oxide and green-synthesized reduced graphene oxide in chitosanbased nanocomposites

Kosowska K., Domalik-Pyzik P., Chłopek J.

Engineering of Biomaterials

|

2017

|

Vol. 20, no. 142

11--16

EN

The first part of the paper concerns synthesis and characterization of two types of nanomaterials: graphene oxide (GO) prepared by modified Marcano method and reduced graphene oxide (rGO) synthesized using green reductant, L-ascorbic acid. Their structural properties were investigated by attenuated total reflection Fourier-transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) and X-ray diffraction (XRD). Results confirmed that L-ascorbic acid is an effective reducing agent. Intensity of the oxygen-groups decreased dramatically what resulted in reduction of the GO interlayer spacing from 0.8 nm to 0.4 nm. The second part of the research was concentrated on the properties of chitosan nanocomposites modified with GO and rGO. Films were prepared by mixing of the chitosan solution with the nanoparticles dispersion. Scanning electron microscopy (SEM) was used to investigate the microstructure of the composites surface. In addition, wettability and pore size of the freeze-dried scaffolds were evaluated. Results of the mechanical tests (increase in Young’s modulus) and structural characterization confirmed that chitosan solution and GO dispersion can be mixed homogeneously. Reduction of GO during composite synthesis resulted in better dispersion of the nanosheets what increased surface roughness, wettability and stability in distilled water, PBS and Ringer’s solution compared to composite with GO. After detailed biological examination, rGO-modified nanocomposites can be potentially applied in tissue engineering.

9

Chitosan-based nanocomposites modified with reduced graphene oxide prepared via green synthesis

Kosowska K., Domalik-Pyzik P., Jagiełło J., Lipińska L., Chłopek J.

Engineering of Biomaterials

|

2017

|

Vol. 20, no. 143 spec. iss.

59

10

Characterization of graphene oxide-loaded chitosan hydrogels and their application for 3D printing

Domalik-Pyzik P., Chłopek J.

Engineering of Biomaterials

|

2017

|

Vol. 20, no. 143 spec. iss.

83

11

System tekstroniczny do pomiaru częstości oddechu

Ostrowski J., Kos A., Bratek P., Brzozowski I., Dziurdzia P., Rzepka D., Chłopek J., Domalik-Pyzik P.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2017

|

Vol. 58, nr 10

7--10

PL

Artykuł opisuje model systemu tekstronicznego do monitorowania częstości oddechu. System składa się z elastycznej koszulki z tekstylnym sensorem elektroprzewodzącym i zbudowanym na bazie mikrokontrolera miernikiem rezystancji z modułem bezprzewodowej transmisji danych. Ponadto opisano metodę chemiczną do produkcji polimerów przewodzących.

EN

The article describes a model of a textronic system for monitoring respiratory rhythm. The system consist of a T-shirt with textile electroconductive sensor and a microcontroller based resistatnce meter with wireless data transmission module. Construction of the sensor and the meter are presented. This paper also describes preparation of conducting polymers by chemical method.

12

Właściwości mechaniczne stabilizatorów zewnętrznych "Carboelastofix" z kompozytów polimerowowęglowych do zespalania kości

Ambroziak M., Herman J., Szatkowski P., Chłopek J.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 137

30--38

PL

Zrost pourazowy kości zależy od wielu czynników. Jednym z najważniejszych jest uzyskanie izoelastycznego zespolenia, którego sztywność będzie zmniejszać się w miarę postępu gojenia, i które umożliwi niewielkie ruchy poosiowe w szczelinie złamania, stymulując tym samym tworzenie kostniny. Zespolenie to powinno eliminować ruchy skrętne i kątowe utrudniające zrost kostny. W artykule opisano badania nad innowacyjnym podejściem do stabilizatorów kości. Zaproponowano dwa stabilizatory węglowe (różniące się kształtem przekroju) zastępujące obecnie stosowanie stabilizatory metalowe, które składały się z płytek węglowych zespolonych razem śrubami do uszkodzonej kości. Zbadano właściwości mechaniczne stabilizatorów. Materiał kompozytowy włókno węglowe-żywica epoksydowa okazał się materiałem, którego sztywność umożliwia mikroruchy w szczelinie złamania w zakresie bezpiecznego zrostu kostnego. Niewątpliwą zaletą stabilizatorów z laminatów węglowych jest ich niska waga oraz estetyczny wygląd. Sztywność tych układów podlega regulacji poprzez odejmowanie płytek węglowych, co pozwala na sterowanie sztywnością zespolenia w funkcji czasu i tym samym stwarza możliwość leczenia czynnościowego. Badania statyczne udowodniły, że mniejszą elastyczność zespolenia wykazuje stabilizator Carboelastofix2 o konstrukcji przestrzennej, natomiast mikroruchy w szczelinie międzyodłamowej występują podczas statycznych badań rozciągania zarówno w stabilizatorze z płytkami namiotowymi, jak i przestrzennymi. Badania mechaniczne obu konstrukcji stabilizatora przeprowadzone w ramach tej pracy wraz badaniami klinicznymi przeprowadzonymi w Katedrze i Klinice Ortopedii i Traumatologii Narządu Ruchu w Warszawie potwierdzają skuteczność leczenia złamań kości z wykorzystaniem konstrukcji stabilizatora Carboelastofix.

EN

Traumatic bone fixation depends on many factors. One of the most important is to achieve izoelastic fusion, which stiffness will decrease with the progress of healing, and which allows small axial movement in the fracture gap, thereby stimulating the formation of callus. This fusion should eliminate torsional and angular movements, which hinder bone fixation. Two composite carbon stabilizers (different cross-sectional shape) replacing currently used metal stabilizers, which consisted of carbon composite plates and screws enabling fixation into the damaged bone were proposed. Mechanical properties of the stabilizers were tested. A composite material consisting of carbon fiber and epoxy resin exhibits stiffness allowing the micro-movements in the gap fracture in terms of safe bone union. An important advantage of the carbon stabilizers is their low weight and aesthetic appearance. The stiffness of the system is regulated by subtracting the carbon plates, thereby controlling the stiffness of fixation as a function of time and thus providing the possibility of functional treatment. Static tests demonstrated that the Carboelastofix2 - stabilizer with spatial structure has lower fusion flexibility, while micro-movements in the gap between bone fragments occur during the static tensile test in both stabilizers – tent-shaped plates and spatial plates. Mechanical tests of both stabilizers presented in this work, including clinical studies conducted in the Chair and Department of Orthopedics and Traumatology of Locomotor System in Warsaw confirm the efficiency of the treatment of bone fractures with the use of Carboelastofix stabilizer.

13

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.

14

Novel approach for utilization of poly(α-esters) and mesenchymal stem cells in vascular tissue engineering

Sekula M., Domalik-Pyzik P., Morawska-Chochół A., Bobis-Wozowicz S., Madeja Z., Chłopek J., Zuba-Surma E.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 138 spec. iss.

23

15

Biodegradable binary blends of polylactide and polycaprolactone

Domalik-Pyzik P., Morawska-Chochół A., Misztal M., Pazdan K., Chłopek J.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 138 spec. iss.

14

16

Bioactive and antibacterial composite coatings for magnesium alloys

Domalik-Pyzik P., Morawska-Chochół A., Sikora O., Chłopek J.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 138 spec. iss.

15

17

Characteristics of failure mechanisms and shear strength of sandwich composites

Greń K., Szatkowski P., Chłopek J.

Composites Theory and Practice

|

2016

|

R. 16, nr 4

255--259

EN

Sandwich composites are very popular nowadays due to their beneficial mechanical parameters and low weight. The aim of the paper was to investigate the failure mechanisms of different sandwich structures under shear stresses. Composites consisting of carbon laminate skins and cores with different geometry were tested. The core materials included various expanded polymer foams, balsa wood and honeycomb structures - aramid and cellulose. These material combinations enabled the authors to compare the specific shear strength and fracture energy of different sandwich structures, describe the factors which influence the behavior of materials under shear tension, and characterize the failure mechanisms. Sandwich composites were manufactured by two methods: the one-step method in which carbon fabric was laminated directly onto the core, and by the two-step method. The faces made employing the first method failed to meet the appropriate strength criteria, therefore the second method was used. In the first step, faces made of four layers of carbon fabric and epoxy resin were pre-manufactured by hand lay-up. After crosslinking, the faces were glued to the core and left in higher pressure conditions. Samples were cut to the required dimensions. Shear strength was tested by three point bending of a short beam. The method is simple and allows shear stresses to dominate in the sample. Tests were made on a testing machine, Zwick 1435. The density of the samples was considered as well, so as to compare their specific strength. The highest value of specific shear strength, (8.7 ±0.7)·103 Nm/kg, was demonstrated by the composite with balsa, whereas for the composite with the honeycomb it reached (3.3 ±0.3)·103 Nm/kg and for samples with foams (4.2 ±0.2)·103 Nm/kg. Additionally the failure energy was calculated for each material. The composite with aramid honeycomb had the highest value - it reached (9.3 ±0.5) kJ/m2 , while value of this parameter for balsa was the lowest: (3.3 ±0.3) kJ/m2 . The composite with balsa deformed elastically until break point and a crack between the layers appeared. The sandwich structure with the aramid honeycomb core is a promising material as it exhibited a multi-stage failure mechanism. Firstly, it deformed elastically, then the cells collapsed. Only in the composite with balsa and honeycomb with four-layer skins was shear the dominant failure mechanism. The composites with isotropic foams did not fulfill expectations, they deformed plastically and a notch appeared. That is why they need further examinations to increase their shear strength. In this study, the cracking mechanisms of the composites were evaluated based on microscopic observations using a digital microscope. Depending on the core geometry, the following mechanisms were identified: core shear for the honeycomb, delamination and crack for balsa, and notch appearance for the foam composites. The presented results are an introduction to further investigations of sandwich failure under different conditions.

PL

Kompozyty sandwich cieszą się dużą popularnością, ponieważ, posiadając niską masę, wykazują korzystne parametry wytrzymałościowe. Celem pracy było zbadanie mechanizmów zniszczenia różnego rodzaju kompozytów sandwich w warunkach ścinania. Przedmiotem badań przedstawionych w artykule są kompozyty przekładkowe, zbudowane z okładek - laminatów z tkaniny węglowej - oraz rdzeni o odmiennej geometrii. Jako materiały na rdzenie zastosowano różnego rodzaju pianki polimerowe, balsę oraz struktury typu plaster miodu - aramidową i celulozową. Dzięki modyfikacji składu kompozytu można było porównać wytrzymałość na ścinanie oraz pracę zniszczenia otrzymanych struktur „sandwich”, opisać czynniki wpływające na zachowanie się materiału pod wpływem naprężeń ścinających oraz mechanizmy zniszczenia. Do wykonania kompozytów wykorzystano dwie metody produkcji okładek - jednoetapową (przyklejenie jednej warstwy tkaniny węglowej osnową epoksydową bezpośrednio do rdzenia) i dwuetapową. Okładki wykonane pierwszą metodą nie spełniły oczekiwań wytrzymałościowych, dlatego zastosowano drugą metodę. Najpierw wykonano czterowarstwowe laminaty z tkaniny węglowej i żywicy epoksydowej za pomocą metody laminowania ręcznego. Laminaty te pozostawiono do usieciowania, a w kolejnym etapie utwardzone okładki przyklejono do rdzeni. Następnie próbki przycięto do wymaganych wymiarów. Do zbadania wytrzymałości na ścinanie wykorzystano test trójpunktowego zginania krótkiej belki. Jest to prosta metoda, która pozwala wytworzyć w próbkach dominujące naprężenia ścinające. Badania zostały przeprowadzone na maszynie wytrzymałościowej Zwick 1435. W pracy uwzględniono również gęstość próbek, dzięki czemu można było porównać ich wytrzymałość właściwą. Najwyższą wartość wytrzymałości na ścinanie właściwej, (8.7 ±0.7)·103 Nm/kg, uzyskał kompozyt z rdzeniem z balsy, podczas gdy dla kompozytu z aramidowym plastrem miodu wyniosła ona (3.3 ±0.3)·103 Nm/kg i dla pianek (4.2 ±0.2)·103 Nm/kg. Dodatkowo obliczono pracę zniszczenia poszczególnych materiałów. Dla kompozytu z plastrem miodu była ona najwyższa i wyniosła (9.3 ±0.5) kJ/m2, natomiast wartość tego parametru dla balsy była najniższa: (3.3 ±0.3) kJ/m2. Materiał z balsą odkształca się sprężyście do momentu pojawienia się pęknięcia w rdzeniu i oddzielenia się od siebie warstw. Kompozyt z plastrem miodu również jest obiecującym materiałem. Odkształcenie jego przebiega kilkuetapowo - najpierw sprężyście, a następnie poprzez zapadanie się komórek. Tylko te dwa materiały w połączeniu z czterowarstwową okładką węglową ulegają ścinaniu. Izotrotropowe pianki w badanym zestawieniu nie spełniły oczekiwań, zaobserwowany mechanizm zniszczenia to odkształcenie plastyczne i powstanie karbu, dlatego kompozyty te wymagają dalszych badań nad poprawą ich wytrzymałości na ścinanie. W pracy na podstawie zdjęć wykonanych na mikroskopie cyfrowym scharakteryzowano również mechanizmy pękania poszczególnych kompozytów. W zależności od ich geometrii obserwowano następujące mechanizmy zniszczenia: ścinanie rdzenia w kompozycie z plastrem miodu, pękanie rdzenia i delaminację warstw w kompozycie z balsą oraz pojawienie się karbu w strukturze z pianką. Przeprowadzone badania stanowią wstęp do dalszych eksperymentów nad mechanizmami zniszczenia kompozytów przekładkowych w różnych warunkach.

18

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.

19

Badanie działania antybakteryjnego kompozytów na bazie poli(L-laktydu) przeznaczonych na biodegradowalne gwoździe śródszpikowe

Domalik-Pyzik P., Morawska-Chochół A., Rzewuska M., Szaraniec B., Chłopek J.

Engineering of Biomaterials

|

2015

|

Vol. 18, no. 133

7--13

PL

Implantacja gwoździ śródszpikowych wiąże się z ryzykiem wystąpienia poważnej infekcji kości spowodowanej zakażeniem bakteryjnym. Tradycyjna antybiotykoterapia w tym przypadku ma wiele ograniczeń. Rozwiązaniem tego problemu może być lokalne dostarczanie leku bezpośrednio do miejsca implantacji. Jednym ze sposobów na realizację takiego rozwiązania jest stosowanie pokryć tradycyjnych gwoździ metalowych pokrytych degradowalnym materiałem polimerowym pozwalającym na kontrolowane uwalnianie substancji leczniczej. Autorzy poszli o krok dalej proponując wytworzenie nowatorskich gwoździ śródszpikowych z materiału degradowalnego, któremu nadano właściwości antybakteryjne poprzez wprowadzenie do resorbowalnej matrycy polimerowej antybiotyku w postaci siarczanu gentamycyny (GS). Dodatkowo osnowę z poli(L-laktydu) (PLA) zmodyfikowano wprowadzając druty ze stopów magnezu (MG), włókna węglowe (CF), włókna alginianowe (ALG) oraz nanocząstki fosforanu trójwapnia (TCP) w różnych układach. Test aktywności antybakteryjnej przeprowadzono z użyciem szczepu metycilino-wrażliwego Staphylococcus pseudintermedius. Dokonano analizy ilościowej i jakościowej stref zahamowania wzrostu bakterii utworzonych wokół badanych fragmentów gwoździ. Wykazano, że wszystkie zaproponowane materiały kompozytowe z dodatkiem gentamycyny wykazują działanie hamujące wzrost i namnażanie bakterii, najsilniejsze w przypadku układów PLA/CF/ ALG/GS oraz PLA/CF/ALG/TCP/GS. Działanie to utrzymuje się nawet po 12 dniach od pierwszego wysiewu. Ponadto badania wykazały, że gwóźdź PLA/MG również wykazuje słabe oddziaływanie antybakteryjne pomimo braku dodatku w postaci antybiotyku, jednak działanie to zostaje zablokowane po wprowadzeniu TCP do matrycy polimerowej.

EN

Intramedullary nails implantation carries a risk of a serious bone infection caused by bacteria. In this case traditional antibiotic therapy has many limitations. A good solution to the problem can be local drug delivery directly to the implantation site. One of the ways to implement such solution is to use, on the surface of traditional metallic nails, degradable polymer coatings that enable controlled drug release. Authors went a step further by proposing to fabricate novel intramedullary nails entirely from degradable material that has been endowed with antibacterial properties. Antibacterial protection was provided by the introduction of an antibiotic - gentamicin sulphate (GS) to the poly(L-lactide) (PLA) matrix. Into the resorbable matrix the following modifying phases were also introduced: magnesium alloy wires (MG), carbon fibers (CF), alginate fibers (ALG) and tricalcium phosphate nanoparticles (TCP), in various systems. Antibacterial activity test was carried out using methicillin-sensitive strain Staphylococcus pseudintermedius. Qualitative and quantitative analysis of bacteria growth inhibition zones formed around studied nails’ samples were performed. It has been proven that all of the proposed composite materials with gentamicin addition showed inhibitory effect on growth and proliferation of bacteria, with the strongest in the case of PLA/CF/ALG/GS and PLA/CF/ALG/TCP/GS systems. The inhibitory effect was maintained even after 12 days since the first inoculation. Moreover, the study proved that PLA/MG nails also showed some antibacterial activity, despite lack of the antibiotic addition. However, after introduction of TCP to the matrix, this action has been blocked.

20

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.