89-91 - Polskie Stowarzyszenie Biomateriałów

228 [3]. Podstawowym problemem, dotyczącym wytwarzania stances, cells), but above all their durability and bioactivity
materiałów membranowych jest nie tylko kontrola procesu
rozdziału (substancji, komórek), ale przede wszystkim ich
trwałość i bioaktywność w środowisku in vivo [4]. Materiały
stosowane na membrany należeć mogą do grupy stabilnych
polimerów (PTFE, e-PTFE,) lub polimerów biodegradowalnych
(PGLA, PLLA, PCL). Z ta ostatnia grupą materiałów
wiąże się wiele nadzieji spowodowanych możliwością licznych
modyfikacji a także czasem ich degradacji i brakiem
konieczności ponownej interwencji chirurgicznej. Wprowadzenie
do osnowy resorbowalnego PLA nanohyroskyapatytu
wpływa na osteokonduktywność kompozytu ale obniża jego
wytrzymałość [5].
Nowym rozwiązaniem w dziedzinie sterowanej regeneracji
kości było zastosowanie materiałów membranowych
przygotowywanych tuz przed implantacją tzw. membran
in situ. Powierzchnię kompozytów PLA/n-HAP lub PLA/ β-
TCP pokrywano tuż przed implantacją czynnikami wzrostu
kości (BGF) lub nanoszono na nią płytki krwi połączone
z czynnikiem BGF (ang. bone growth factor) [6, 7]. Niska
powtarzalność metod nanoszenia bioaktywnych cząstek
na powierzchnie powoduje ze nadal szuka się skuteczniej
metody modyfikacji membran GBR. W tym zakresie
korzystne wydaja się złożone kompozyty oparte o matryce
bioresorbowalnych polimerów, w których jako fazy
modyfikującej zastosować można resorbowalne włókna
krótkie, które na etapie wytwarzania zostały wzbogacone
w bioaktywne nanocząstki. Przykładem takich materiałów
są kompozyty otrzymane w ramach niniejszej pracy; gdzie
w osnową bioresorbowalnego polimeru, wprowadzano
fazę modyfikującą w formie nanokompozytowych włókien
krótkich modyfikowanych bioaktywnymi nanocząstkami
ceramicznymi SiO 2 i HAp.
materiały i metody
Jako polimer który poddano modyfikacji włóknami nanokompozytowymi
wybrano polikaprolakton (Sigma Aldrich) o
masie cząsteczkowej 60 000Da. Włókna nanokompozytowe
otrzymane w Katedrze Włókien Sztucznych na Wydziale
Technologii Materiałowej i Wzornictwa Tekstyliów Politechniki
Łódzkiej. Nanokompozyty włókniste otrzymano
metodą na mokro stosując 3% wagowych nanododatku.
Zastosowano dwa rodzaje nanonapełanicza: naturalny
HAp o rozmiarze cząstek (d m)~40nm, oraz nanocząstki
krzemionki SiO 2 (d m~5-10nm) (wielkości cząstek oznaczono
metodą DLS). Kompozyty polimerowo włókniste otrzymano
metoda odlewania, mieszając wcześniej rozdrobnione
włókna PVA/HAp i PVA/SiO 2. Wielkość krótkich włókien
nanokompozytowych wynosiła odpowiednio: HAp ok. 200-
400 nm, SiO 2 ok. 350-400nm (oznaczone na podstawie
obserwacji mikroskopowych). Zastosowano stały udzial
włókien nanokompozytowych w osnowie PCL, który wynosił
5%wag. Skutecznośc membrany sprawdzono w teście przepuszczalności
–mierząc zmiany przewodnictwa jonowego
cieczy przechodzącej przez membranę kompozytową. Zmiany
strukturalne po wprowadzeniu fazy włóknistej badano
stosując metody termicznej kolorymetrii różnicowej (DSC).
Zmiany fizykochemiczne powierzchni kompozytów określano
na podstawie badań zwilżalności powierzchni (DSA 10
KRUSS) i zmian chropowatości powierzchni (Hommel Tester
T1500). Porowatość materiału otrzymywano poprzez wypłukiwanie
rozpuszczalnej w wodzie fazy włóknistej: PVA/HAp,
PVA/SiO2.Kinetykę uwalniania nanocząstek bioaktywnych
zbadano po inkubacji przez 7dni w SBF wykonując oznaczenia
jonów wapnia fosforu lub krzemionki metodą ASA-
ICP (ICP HP 4500). Mikrostrukturę powierzchni wielkość
porów jak i porowatość powierzchni materiału określono na
in in vivo conditions [4]. Materials used for membranes may
belong to a group of stable polymers (PTFE, e-PTFE) or biodegradable
polymers (PGLA, PLLA, PCL). The latter group
is particularly promising because of its capability of various
modifications, their degradation time and lack of necessity
of a repeated surgery. Introduction of nano-hydroxyapatite
into resorbable matrix of PLA influences osteoconductivity
of the composite, but decreases its strength [5]. The
novel solution in the field of guided bone regeneration was
application of membrane materials prepared just before
their implantation so called membranes in situ. Surface of
PLA/n-HAp or PLA/β-TCP composites was covered just
before the implantation with bone growth factors (BGF) or
it was covered with blood platelet linked with BGF [6,7].
Low repeatability of the method of spreading of bioactive
molecules on the surface is a reason of a continuous search
for an effective method of GBR membranes modification. In
this respect, complex composites based on bioresorbable
polymer matrix, filled with short resorbable fibres containing
bioactive nanoparticles seem to be beneficial. An example
of such materials is composites fabricated in this studies
which consisted of a bioresorbable polymer matrix filled with
short nanocomposite fibres modified with bioactive ceramic
nanoparticles such as SiO 2 and HAp.
materials and methods
Polycaprolactone (PCL, Sigma-Aldrich) with molecular
weight 60 000 Da was chosen as a composite matrix. The
polymer matrix was modified with nanocomposite fibres
made of polyvinyl alcohol containing 3 t.% of a nano-additive.
The fibres were prepared using a wet method. Two types of
nano-additives were used; HAp with a mean particle size
(dm) ~ 40nm, and SiO 2 (dm ~ 5-10nm) (DLS method). Before
introduction into the matrix the nanocomposite PVA fibres
were mechanically ground in a vibration ball mill. The final
form of the modifier was a mixture of two fractions; short
fibres, particles of the fibres and the nano-additive, which
were products of the nanocomposite fibres fragmentation.
The mean size of the fibres fragmentation products (biopolymer
particles, nano-additives) was between 220 and 300
nm (DLS method, optical microscope). The polymer – fibres
nanocomposites (5wt.% of nanocomposite fibres) were
prepared using a casting method. The open porosity was
obtained by washing out the PVA fibres in water. Permeability
of the membranes was characterised by changes of ionic
conductivity of salt solution passing through the membranes.
The produced materials were subjected to thermal (DSC)
and physicochemical investigations. Wettability of surface
of the nanocomposite materials was determined by direct
measurements (DSA 10 KRUSS). Roughness of the composite
surface was determined by the surface profilometry
technique (Hommel Tester T1500). The kinetics of release of
bioactive nanoparticles was determined by incubation of the
membranes for 7 days in SBF and measuring concentration
of calcium and phosphate ions and silica with the ASA-ICP
method (ICP HP 4500). Microstructure of the membranes
surface, their porosity and pore size was determined on the
basis of SEM observations (Joel 5400). A pure PCL foil was
used as a reference material.
results and discussion
Introduction of the short nanocomposite fibres and products
of their fragmentation increased roughness of the materials
surface. The mean roughness profile was higher on
the side of exposed fibres, than on the bottom side (FIG.1).