Porowate kompozyty poliuretan/ß-TCP do zastosowań ortopedycznych

Celem pracy było otrzymanie serii porowatych kompozytów o osnowie polimerowej modyfikowanych mikrocząstkami ß trifosforanu (V) wapnia (ß-TCP) oraz zbadanie ich właściwości pod kątem zastosowań ortopedycznych. Osnowę otrzymanych kompozytów stanowiły poliuretany ze względu na szereg zalet wynikających z ich budowy chemicznej, m.in. właściwości sprzyjające adhezji żywych komórek i ich proliferacji [1]. Ponadto poliuretany są grupą polimerów o wszechstronnych właściwościach, zmieniających się w zależności od użytych reagentów i średniej masy cząsteczkowej oraz o szerokim wachlarzu zastosowań. Dodatkową zaletą poliuretanów jest potencjalna możliwość wprowadzania ich w miejsce ubytku kostnego metodą iniekcyjną [2]. Kompozyty otrzymywano na drodze jednoetapowej polimeryzacji w masie z 4,4'-diizocyjanianu difenylometanu (MDI), poli(glikolu etylenowego) (PEG) oraz 1,4-butanodiolu (BDO) jako przedłużacza łańcucha. Sulfonowany olej rycynowy (SCO) oraz stearynian wapnia (CS) zastosowano w celu lepszej kontroli porowatości i otrzymania układów o porach otwartych. Struktura otrzymanych materiałów została potwierdzona za pomocą spektroskopii w podczerwieni. Przy użyciu mikroskopu stereoskopowego oszacowano porowatość, ponadto zbadano wytrzymałość na ściskanie oraz przeprowadzono symulacje biologiczne w warunkach in vitro. Przeprowadzono również inkubację w symulowanym płynie fizjologicznym (SBF) w celu wstępnej oceny bioaktywności otrzymanych biomateriałów. Uzyskane wyniki potwierdziły znaczący wpływ dodatku ß-TCP na właściwości mechaniczne otrzymanych układów jak również na poprawę ich bioaktywności. Ponadto zaobserwowano, że dodatek ß-TCP, SCO oraz CS wpływa na porowatość całkowitą i rozmiary porów.

The purpose of the research was to produce a series of porous composite samples with polymeric matrix modified by ß-tri-calcium phosphate (ß-TCP) microparticles and to study their properties considering orthopaedic applications. Polyurethanes were used as the polymeric matrix on account of their advantages resulting from their chemical structure. These materials also promote cell adhesion and proliferation [1]. Moreover these polymers exhibit wide-ranging properties which can be modulated depending on composition and average molecular weight and are used in broad spectrum of applications. Another advantage of polyurethanes is their potential to be injected into the bone defect by minimally invasive technique [2]. The composites were obtained through the one-step synthesis by mixing 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI) with poly(ethylene glycol) (PEG) and 1,4-butanediol (BDO) as a chain extender. Sulphonated castor oil (SCO) and calcium stearate (CS) were applied for better porosity control and to obtain interconnected pore system. Structure of the synthesized materials was confirmed by means of infrared spectroscopy. The porosity was assessed using stereoscopic microscopy. Moreover the compressive strength was studied and in vitro simulation was carried out. Composite samples were also incubated in simulated body fluid (SBF) for preliminary evaluation of the in vitro bioactivity. The research results confirmed significant influence of ß-TCP on mechanical properties and preliminary evaluation of the in vitro bioactivity of the obtained samples. Moreover the influence of ß-TCP, SCO and CS on total porosity and pore sizes was investigated.