89-91 - Polskie Stowarzyszenie Biomateriałów

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