Analiza wytrzymałościowa i odkształceniowa biomateriałów gradientowych przeznaczonych na implanty

W pracy autorzy przedstawiają analizę wytrzymałościową i odkształceniową kompozytów gradientowych z kontrolowaną zmianą modułu Younga w warunkach symulowanego środowiska biologicznego. Zaprojektowane przy pomocy MES pięciowarstwowe kompozyty z PSU/CF 1D z gradientem otrzymanym poprzez zmianę udziału procentowego włókien (10, 15, 20, 30, 40%) po wstępnych testach wytrzymałościowych i odkształceniowych zostały umieszczone w płynie Ringera pod działaniem stałego obciążenia siłą P=1200N przez okres 56 dni. Co 14 dni wykonywano pomiary ultradźwiękowe, po okresie inkubacji próbki poddano badaniom wytrzymałościowym do 5000 N. Wyniki pomiarów wykazują przydatność materiału gradientowego PSU/CF 1D jako implantów dokręgosłupowych ze względu na ich dobrze dopasowany moduł Younga i odkształcalność do naturalnego krążka międzykręgowego człowieka. W kolejnym etapie badań zostanie wykonana analiza zmęczeniowa materiałów w celu określenia ich trwałości.

In this article strength and strain analysis of gradient composites with controlled change of Young’s modulus in simulated biological environment was presented. Polysulfon/carbon fibers (PSU/CF) 1D composites with gradient of the content of PSU to CF (10, 15, 20, 30, 40 wt% of CF), built up of 5 layers were designed by using FEM. After preliminary strength and strain tests they were incubated in Ringer’s under the static load P=1200 N solution for 56 days. Ultrasonic measurements were made every 14 days. After incubation samples mechanical strength was tested with the load up to 5000 N. The obtained results show suitability of PSU/CF 1D gradient material for spine implants because of well – matched Young’s modulus and deformability to natural human intervertebral disc. As a next step of the research fatigue testing analysis will be done, in order to obtain materials’ durability.