89-91 - Polskie Stowarzyszenie Biomateriałów
89-91 - Polskie Stowarzyszenie Biomateriałów
89-91 - Polskie Stowarzyszenie Biomateriałów
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
202 próbek zostały zaprezentowane<br />
i opublikowane w literaturze [2,3]<br />
Dotychczas stosowane porowate<br />
rusztowania bioceramiczne,<br />
w dużo większym stopniu<br />
niż bioceramika gęsta podatne<br />
są na uszkodzenia związane z<br />
obciążeniami dynamicznymi [4].<br />
Ich kruchość stanowi poważny<br />
problem i znacząco ogranicza<br />
stosowanie takich materiałów.<br />
Z tego powodu poszukuje się<br />
sposobów polepszających ich<br />
własności wytrzymałościowe.<br />
Mimo tego, że metoda robocasting<br />
pozwala dowolnie<br />
zaprojektować makrostrukturę i<br />
nadać odpowiedni do pełnionej<br />
funkcji kształt przyszłego implantu,<br />
nadal problemem pozostaje dopasowanie własności<br />
mechanicznych materiału syntetycznego i naturalnej kości.<br />
Dzięki swojej specyficznej budowie kość jest lekka i sztywna a<br />
jednocześnie zachowuje elastyczność w pewnym zakresie, co<br />
stanowi o jej naturalnej odporności na obciążenia dynamiczne.<br />
kość jest naturalnym kompozytem składającym się z organicznej<br />
macierzy, na która składają się głównie jednorodnie<br />
zorientowane włókna kolagenowe stanowiące ok. 30wt% i<br />
porowatego szkieletu mineralnego, zbudowanego z fosforanów<br />
wapnia (hA) – ok. 70wt%.<br />
Celem prezentowanych badań było wytworzenie syntetycznego<br />
kompozytu naśladującego rozwiązania naturalne. Przestrzenne<br />
rusztowania hA zostały poddane infiltracji fazą organiczną<br />
w postaci polimeru PGLA. W artykule przedstawiono<br />
wyniki wstępnych testów mechanicznych przeprowadzonych<br />
na tak przygotowanych kompozytach.<br />
materiały i metody<br />
rys.1. zasada metody robocasting.<br />
fig.1. robocasting principle.<br />
Ze względu na biozgodność i bioaktywność do przygotowania<br />
rusztowań wykorzystano hydroksyapatyt. Przestrzenne<br />
struktury zostały wykonane techniką robocasting<br />
[3D Inks, Stillwater, Ok]. O użyciu PGLA do infiltracji zadecydowały<br />
możliwość sterowania czasem resorbcji, wysoka<br />
biozgodność a także szerokie zastosowanie w medycynie.<br />
Materiałem wsadowym w procesie robocasting była pasta<br />
ceramiczna bazująca na wodzie i celulozie [Methocel F4M,<br />
Dow Chemical Co., Midland, MI] z 45obj% zawartością komercyjnie<br />
dostępnego proszku hA o wielkości ziaren 1-3µm<br />
i powierzchni swobodnej wynoszącej 3,57m 2 /g [Trans-Tech<br />
Inc. Adamstown, uSA]. Stosując dyszę drukującą o średnicy<br />
wewnętrznej 410µm wykonano prostokątne próbki o wymiarach<br />
25x5x2,5mm 3 [FIG.2]. By uzyskać różną wielkość<br />
porów zaprojektowano dwa rodzaje odstępów pomiędzy<br />
pojedynczymi liniami w warstwie, które wynosiły odpowiednio:<br />
dla typu A 0,82mm i dla typu B 1,6mm. Warstwy<br />
zorientowano względem siebie pod kątem 90° a odległość<br />
miedzy warstwami ustalono na 0,2mm. W ten sposób,<br />
po spiekaniu, uzyskano quasi-sześcienne pory o wymiarach:<br />
0,3x0,3x1,18mm 3 (typ A) i 0,7x0,7x0,18mm 3 (typ B).<br />
Spiekanie przeprowadzono w temp.1200°C przez<br />
3h. Próbki podzielono na dwie grupy: I – rusztowania<br />
z czystego hA, II – rusztowania infiltrowane rozpuszczonym<br />
w dichlorometanie (1:10) kopolimerem laktydu i<br />
glikolidu PGLA (85/15; η inh=1,85; M n~100,000) [Centrum<br />
Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN, Zabrze].<br />
Obie grupy zostały poddane testom wytrzymałościowym<br />
– jednoosiowemu ściskaniu [Zwick 1435]. Dokonano obserwacji<br />
mikroskopowych [Stereo Discovery V8, Zeiss].<br />
robocasting method has the ability<br />
of designing and producing fully<br />
controlled shapes, inner and outer<br />
structures of prepared scaffolds<br />
still there is a problem with matching<br />
the mechanical properties<br />
of natural bone and an implant.<br />
Calcified bone contains of two<br />
components: organic matrix (mainly<br />
orderly orientated collagen fibrils<br />
~30wt%) and mineral substance<br />
(calcium phospsate- hydroxyapatite<br />
~70wt%). Collagen fibers<br />
give bones the ability to resist<br />
snapping or breaking. The mineral<br />
component gives bone its<br />
hardness, toughness and rigidity.<br />
The aim is to mimic the nature<br />
rys.2. rusztowania wykonane metodą robocasting.<br />
a) typ a–pory o wymiarach 0,3x0,3x1,18mm 3 ;<br />
b) typ b–pory o wymiarach 0,7x0,7x0,18mm 3 .<br />
fig.2. robocasted scaffolds. a) type a -<br />
pores: 0,3x0,3x1,18mm 3 ; b) type b–pores:<br />
0,7x0,7x0,18mm 3 .<br />
and to fabricate better hA porous structures for bone tissue<br />
regeneration and engineering. In this work an attempt of<br />
robocasted hA scaffolds strengthening with organic part<br />
(PGLA) is shown and results of the research are presented.<br />
materials and methods<br />
Because of its biocomapatibility and bioactivity hA<br />
was used as a base material for scaffolds fabrication and<br />
PGLA as a strengthening compound because it is resorbable<br />
polymer widely used in medical applications. Commercially<br />
available hydroxyapatite powder with a particle<br />
size between 1 and 3µm, surface area 3,57m 2 /g was used<br />
[Trans-Tech Inc. Adamstown, uSA]. It was transformed<br />
in to a water based paste (45vol% of hA). Such ink was<br />
applied for robocasting process [3D Inks, Stillwater,Ok].<br />
Samples, rectangular in shape, were fabricated<br />
(25x5x2,5mm3). A 410µm diameter printing nozzle was used.<br />
Two different spacing between rods were applied 0,82mm<br />
and 1,6mm to obtain various pore sizes/types. Orientation between<br />
layers was set on 90° and 0,2mm spacing was designed.<br />
That is how quasi-cubical pores (“A”=0,3x0,3x0,18mm 3 and<br />
“B”=0,7x0,7x0,18mm 3 ) were achieved [FIG.2]. Structures<br />
were sintered at 1200°C/3h. Scaffolds were divided in two<br />
groups: I - pure hA and II – for strengthening with polymer.<br />
They were embedded in PGLA (85:15; η inh=1,85; M n~100,000)<br />
[Center of Polymer and Carbon Materials PAN, Zabrze,<br />
Poland] dissolved in dichloromethane (1:10) and left<br />
overnight for solvent evaporation. Both groups of samples<br />
were tested on uniaxial universal testing machine<br />
[Zwick 1435] in a compression test and results were<br />
compared. Microscopic observations were conducted<br />
[Stereo Discovery V8, Zeiss].