Modyfikacja warstwy wierzchniej fosforanów wapnia polimerami biodegradowalnymi

Celem pracy była modyfikacja warstwy wierzchniej biomateriałów ceramicznych należących do grupy fosforanów wapnia-hydroksyapatyt (HA) oraz ß-fosforan trójwapniowy (ß-TCP), a następnie określenie wybranych właściwości biologicznych otrzymanych materiałów. Jako modyfikatory zastosowano dwa polimery biodegradowalne: glikol poli(oksy etylenowy) (PEG) oraz polihydroksymaślan (PHB). Pomyślność procesu modyfikacji potwierdzono za pomocą spektroskopii w podczerwieni (FT-IR; ATR) oraz spektroskopii Ramana. Biomateriały przed modyfikacją oraz po modyfikacji poddano testom określającym ich zdolność do degradacji oraz narastania hydroksyapatytu. Test degradacji przeprowadzono zanurzając materiały w roztworze buforowym tris-HCl przez okres czterech tygodni, w ciągu których dokonywano pomiaru masy w odstępach tygodniowych. W celu zbadania zdolności wzrostu hydroksyapatytu na powierzchni materiałów, próbki inkubowano w płynie symulującym osocze krwi (SBF) w temperaturze 37oC przez miesiąc. Zmiany zachodzące na powierzchni badanych materiałów rejestrowano w odstępach tygodniowych za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) oraz spektroskopii w podczerwieni. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że szybkość procesu degradacji (obliczona na podstawie procentowego ubytku masy) biomateriałów modyfikowanych zwiększyła się w przypadku hydroksyapatytu zarówno modyfikowanego PEG jak i PHB, natomiast w przypadku ß-TCP szybkość ta była na porównywalnym poziomie w porównaniu do materiału wyjściowego. Analiza obrazów wykonanych z wykorzystaniem SEM wykazała widoczne zmiany w morfologii powierzchni modyfikowanych materiałów. Zmiany te mogą świadczyć o właściwościach osteoindukcyjnych tych biomateriałów.

The main aim of this study is surface modification of ceramic biomaterials, belong to calcium phosphates group-hydroxyapatite (HA) and ß-tricalcium phosphate (ß-TCP)- and furthermore selected biological properties of obtained materials is determined. Polyethylene glycol (PEG) and polyhydroxybutyrate (PHB) are used as modifiers. The process of surface modification of biomaterials is confirmed by means of infrared spectroscopy (FT-IR; ATR) and Raman spectroscopy. In presented study the obtained powder materials are formed on pellets and incubated in SBF (simulated body fluids solution) at body temperature. Formation of apatite layer was evaluated by means of Scanning Electron Microscope (SEM). The degradation behavior was carried out at 37oC for up to 28 days at pH 7.4 using Tris-HCl solution, and is referred to as simulation solution testing. The samples were incubated for 7, 14, and 28 days for the both simulation solution testing, using triplicate samples. The degradation testing of modified HA showed a higher weight loss compared with unmodified HA. In the case of ß-TCP the degradation rate was in similar level before and after modification. SEM images of materials showed visible changes in all of biomaterials surfaces. This changes may suggest the ability to form HA and osteoinductive properties of materials.