Biodegradable composite intramedullary nails for the treatment of long bone fractures

Tomasz Pawłowski

Abstract

Currently used metal intramedullary nails in the treatment of long bone fractures often cause chronic pain at the fracture site, allergic reactions in the body, chronic inflammation of tissues. It is also necessary to carry out a second operation. The solution to these problems is to develop a biodegradable implant useful for treating bone fractures of long bones. The review of the literature on the materials of which is used in biodegradable bone implants. They are biodegradable polymers (chitosan, poly-α-hydroxy acids), and ceramic materials supporting bone regeneration. The main part of the research literature rods were made of chitosan. The described method of forming rods was used in experimental studies. Implants made using the reaction acid-base neutralization. The molded rods were dried and tested for their properties. Implants prepared from the addition of the ceramic material in two forms: precipitated with calcium and phosphate salt and adding a solution of chitosan β - tricalcium phosphate ( β - TCP). To improve the mechanical properties of the polymer used in the crosslinking reaction with the poly - phosphates. A study of degradation of each of the implants series to determine the changes in the geometric dimensions and weight changes during degradation. Taken implant structure observation using images from a scanning electron microscope. The mechanical properties were examined by carrying out three-point bending test. Implants according to the amount of added calcium and phosphate salts were characterized by different morphology of agglomerated ceramic beads, the plates and needles. The crosslinking reaction significantly improved the mechanical properties of the implant series with precipitated ceramic material and influenced the change in length during degradation in PBS. Degradation of the implant has proven their stability in aqueous media over seven weeks, further studies must be carried out in the living body degradation. A implants series with the best mechanical properties characterized by flexural strength 137,0 ± 4,2 MPa. and Young's modulus of 5,8 ± 0,3 GPa. These values allow the use of the material in the manufacture of biodegradable intramedullary nail is useful in the treatment of long bone fractures.
Diploma typeMaster of Science
Author Tomasz Pawłowski
Tomasz Pawłowski,,
-
Title in PolishBiodegradowalne kompozytowe gwoździe śródszpikowe do leczenia złamań kości długich
Supervisor Tomasz Ciach ZBIB
Tomasz Ciach,,
- Department of Biotechnology and Bioprocess Engineering
Certifying unitFaculty of Chemistry (FC)
Affiliation unitDepartment of Biotechnology and Bioprocess Engineering (DBBE)
Study subject / specializationBiotechnologia Przemysłowa
Languagepl polski
StatusFinished
Defense Date31-10-2013
Issue date (year)2013
Keywords in Polish-
Keywords in English-
Abstract in PolishObecnie stosowane metalowe gwoździe śródszpikowe w leczeniu złamań kości długich wywołują często chroniczny ból w miejscu złamania, reakcje alergiczne w ciele pacjenta, przewlekłe zapalenia tkanek. Konieczne jest również przeprowadzanie drugiej operacji w celu usunięcia gwoździa. Rozwiązaniem tych problemów jest opracowanie biodegradowalnego implantu kostnego do leczenia złamań kości długich. W pracy dokonano przeglądu literatury dotyczącej materiałów z jakich wykonywane są biodegradowalne implanty kostne. Dotyczą one biodegradowalnych polimerów (chitozanu, poli-α-hydroksykwasów) oraz materiałów ceramicznych wspomagających regenerację kości. Główną częścią badań literaturowych były pręty wykonane z chitozanu. Opisaną metodę formowania prętów wykorzystano w badaniach doświadczalnych. Podczas tworzenia implantów wykorzystano reakcję neutralizacji kwas-zasada. Następnie uformowane pręty zostały wysuszone i zbadano ich właściwości. Wytworzono implanty z dodatkiem materiału ceramicznego w dwóch formach: strącanego z soli wapniowych i fosforanów oraz poprzez dodanie do roztworu chitozanu β-fosforanu trójwapniowego (β-TCP). Aby poprawić właściwości mechanicznych wykorzystano reakcję sieciowania polimeru z użyciem poli-fosforanów. Przeprowadzono badanie degradacji, każdej z serii implantów, aby określić zmiany wymiarów geometrycznych i zmiany masy w trakcie degradacji. Wykonano obserwację struktury implantów przy wykorzystaniu obrazów ze skaningowego mikroskopu elektronowego. Właściwości mechaniczne zbadano przeprowadzając trójpunktową próbę zginania. Implanty w zależności od ilości dodanych soli wapniowych i fosforanów charakteryzowały się różną morfologią materiału ceramicznego od aglomerowanych kuleczek, po płytki i igiełki. Reakcja sieciowania znacząco poprawiła właściwości mechaniczne implantów serii ze strącanym materiałem ceramicznym i wpłynęła na zmiany długości w trakcie degradacji w roztworze PBS. Degradacja implantów udowodniła ich stabilność w środowisku wodnym na przestrzeni siedmiu tygodni, w dalszych badaniach należy przeprowadzić degradację w organizmie żywym. Seria implantów o najlepszych właściwościach mechanicznych charakteryzowała się wytrzymałością na zginanie 137,0±4,2 MPa. oraz modułem Younga 5,8±0,3 GPa. Takie wartości pozwalają wykorzystać materiał do wytworzenia biodegradowalnego gwoździa śródszpikowego użytecznego w leczeniu złamań kości długich.
File
Praca magisterska Tomasz Pawłowski.docx (file archived - login or check accessibility on faculty) Praca magisterska Tomasz Pawłowski.docx 32.35 MB


Back