Vliv aditiv na degradační a mechanické vlastnosti kompozitního kostního lepidla

Effect of additives on degradation and mechanical properties of composite bone glue

abstrakt

čeština

Kompozitní kostní lepidla jsou založeny na bázi fosforečnanu vápenatého a jsou také označovány jako tzv. kostní cementy. Tyto cementy jsou známy od 80. let minulého století a hrají důležitou roli v ortopedii a v zubním lékařství. Ačkoliv mají tyto kostní cementy mnoho výhodných vlastností, jejich mechanické vlastnosti jsou studovány a jsou využívány aditiva pro vylepšení těchto vlastností. Cílem této práce bylo modifikovat kostní cement vybraným aditivem a následně sledovat vliv tohoto aditiva na mechanické a degradační vlastnosti cementu. Jako aditivum byl vybrán fosfoserin, který je jako fosforylovaná aminokyselina přítomna v lidském těle při syntéze serinu a je obsažen v sloučeninách, například osteopontin, které mají regulační efekt při mineralizaci kosti. Nejprve byla provedena optimalizace přípravy modifikovaného cementu, která zahrnovala způsob přídavku fosfoserinu, koncentrace přidávaného materiálu a poměr kapalné a práškové fáze v cementové pastě. Při tomto kroku byla vizuálně zhodnocena struktura pasty. Pro zhodnocení mechanických vlastností cementu byly provedeny mechanické zkoušky v tlaku a poté rentgenová difrakční analýza pro zjištění chemického složení materiálu. Pozitivní vliv aditiva byl pozorován zvýšením maximální pevnosti v tlaku, kdy s přídavkem fosfoserinu se hodnota maximální pevnosti zvýšila o polovinu v porovnání s nemodifikovaným cementem. Dále byly provedeny degradační studie, a to studie v simulovaných tělních tekutinách při pH 7 a akcelerovaná degradační studie při pH 2,5. Při těchto studiích byl pozorován větší úbytek hmotnosti ve vzorcích s vyšší koncentrací aditiva a ve vzorcích umístěných v kyselém prostředí. Morfologie povrchu před a po degradacích byla pozorovaná pomocí skenovacího elektronového mikroskopu. Z výsledků byl potvrzen pozitivní vliv fosfoserinu na mechanické a degradační vlastnosti kostních cementů.

Bone cements are composite bone adhesives made of calcium phosphate. Since the 1980s, these cements have been used widely in dentistry and orthopaedics. Although these bone cements have a variety of advantageous properties, researchers are studying their mechanical characteristics and using additives to enhance them. This aim of this work was to modify bone cement with a chosen addition and then track how that modification affected the cement's mechanical and degrading properties. Phosphoserine was selected as an addition because it is a phosphorylated amino acid that occurs naturally in the human body during the synthesis of serine and is found in substances like osteopontin that regulate the mineralization of bones. The process of adding phosphoserine, its concentration, and the proportion of the liquid to powder phases in the cement paste were all optimised before the modified cement was actually prepared. This phase involved visually evaluating the paste's structural integrity. Mechanical pressure tests were performed on the cement in order to assess its mechanical characteristics, and X-ray diffraction analysis was then carried out to determine the cement's chemical composition. When phosphoserine was added, the value of the maximum strength increased compared to unmodified cement, demonstrating the additive's beneficial influence on the maximum compressive strength. Furthermore, degradation studies were performed, namely a study in simulated body fluids at pH 7 and an accelerated degradation study at pH 2.5. In these studies, a greater weight loss was observed in samples with a higher concentration of the additive and in samples placed in an acidic environment. Surface morphology before and after degradations was observed using a scanning electron microscope. The results confirmed the positive effect of phosphoserine on the mechanical and degradation properties of bone cements.

Fosfátový cement, Fosfoserin, Mechanické zkoušky, Degradační studie

Calcium phosphate cement, Phosphoserine, Mechanical testing, Degradation study

RASZKOVÁ, A.; HLINÁKOVÁ, K.; MICHLOVSKÁ, L.; MENČÍK, P.; VOJTOVÁ, L.

13. 9. 2022

České vysoké učení technické v Praze

978-80-01-07023-9

Biomateriály a jejich povrchy XV.

1.

81

81

92

https://www.irsm.cas.cz/ext/biomaterialy/download/BIOMATERIALY_A_JEJICH_POVRCHY_XV.pdf