Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

"Тrauma" Том 20, №6, 2019

Back to issue

An experimental study of the mechanical properties of polylactide

Authors: Корж М.О. (1), Шидловський М.С. (2), Макаров В.Б. (1), Заховайко А.А. (2), Танькут О.В. (1), Карпінський М.Ю. (1), Карпінська О.Д. (1), Чуприна Д.О. (3)
1 - ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна
2 - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна
3 - Науково-виробниче підприємство «НВП А-Tech», м. Київ, Україна

Categories: Traumatology and orthopedics

Sections: Clinical researches

print version


Summary

Актуальність. Імплантати з полілактиду мають високу біосумісність та виражені остеоінтегративні властивості, що забезпечують формування навколо біоматеріалу кісткової тканини та її поступове вростання в матеріал імплантату. Розвиток технологій 3D-друку дозволяє виготовляти на основі полілактиду імплантати будь-якої форми, що дає можливість здійснювати індивідуальний підхід до лікування кожного пацієнта. Отже, питання міцнісних властивостей композитних матеріалів на основі полілактиду залишаються актуальними і потребують детального вивчення. Мета дослідження: визначити механічні властивості зразків полілактиду при навантаженнях на стиск, розтяг та згин. Матеріали та методи. Випробування зразків на міцність проводили навантаженням на розтяг, стиск та згин. Навантаження на зразки збільшували поступово з постійною швидкістю до повного руйнування зразка. Фіксували величину навантаження в момент руйнування зразка та величину його деформації. При обробці результатів випробувань зразків розраховували величину межі міцності на розтяг та стиск. Результати. Отримані експериментальні дані довели, що величина відносних деформацій, що призводять до руйнування зразків з полілактиду при навантаженні на згин та стиск, відрізняється на 0,83 %. Порівняно з кісткою навантаження на розтяг більше на 3,36 %, на стиск — на 4,19 %. Висновки. Порівняльний аналіз механічних властивостей зразків полілактиду Ingeo™ Biopolymer 4032D продемонстрував, що показник еластичності кістки (на розтяг) перевищує в 6,7 раза (p < 0,001) такий порівняно із зразками з полілактиду. Показники стиску також в 1,7 раза вище у кістці порівняно з полілактидом (p < 0,001). При випробуванні зразків на згин вірогідних відмінностей між показниками кістки та зразками з полілактиду не виявлено.

Актуальность. Имплантаты из полилактида имеют высокую биосовместимость и выраженные остеоинтегративные свойства, которые обеспечивают формирование вокруг биоматериала костной ткани и ее постепенное врастание в материал имплантата. Развитие технологий 3D-печати позволяет изготавливать на основе полилактида имплантаты любой формы и осуществлять индивидуальный подход к лечению каждого пациента. Так что вопросы прочностных свойств композитных материалов на основе полилактида остаются актуальными и требуют детального изучения. Цель исследования: определить механические свойства образцов полилактида при нагрузках на сжатие, растяжение и сгиб. Материалы и методы. Испытания образцов на прочность проводили нагрузкой на растяжение, сжатие и сгиб. Нагрузку на образцы увеличивали постепенно с постоянной скоростью до полного разрушения образца. Фиксировали величину нагрузки в момент разрушения образца и величину его деформации. При обработке результатов испытаний образцов рассчитывали величину предела прочности на растяжение и сжатие. Результаты. Полученные экспериментальные данные показали, что величина относительных деформаций, приводящих к разрушению образцов из полилактида при нагрузке на сгиб и сжатие, отличается на 0,83 %. По сравнению с костью нагрузки на растяжение больше на 3,36 %, на сжатие — на 4,19 %. Выводы. Сравнительный анализ механических свойств образцов полилактида Ingeo™ Biopolymer 4032D продемонстрировал, что показатель эластичности кости (на растяжение) превышает в 6,7 раза (p < 0,001) таковой по сравнению с образцами из полилактида. Показатели сжатия также в 1,7 раза выше у кости по сравнению с полилактидом (p < 0,001). При испытании образцов на сгиб достоверных различий между показателями кости и образцами из полилактида не обнаружено.

Background. Polylactide implants have high biocompatibility and expressive osseointegration properties that ensure the formation of bone tissue around the biomaterial and its gradual growth into the implant material. The development of 3D prin-ting technology allows us to produce polylactide implants of any shape, and to implement an individual approach to the treatment of each patient. So, the issue of strength properties of composite polylactide materials remains relevant and requires detailed study. Purpose of the study was to determine the mechanical properties of polylactide samples under compressive, tensile and bending stresses. Materials and methods. Strength testing of the samples was carried out by tensile, compression and bending loads. The load on the samples was gradually increased at a constant rate until the sample was completely destroyed. The value of the load at the time of sample destruction and the value of its deformation were recorded. When processing the results of samples testing, the tensile and compression strengths were calculated. Results. The obtained experimental data showed that the value of relative strains leading to the destruction of polylactide samples during loading for ben-ding and compression differs by 0.83 %. Compared to bone, tensile loads are increased by 3.36 %, and compression — by 4.19 %. Conclusions. A comparative analysis of the mechanical properties of Ingeo™ Biopolymer 4032D polylactide samples showed that the bone elasticity (tensile) index is 6.7 times (p < 0.001) higher than that of polylactide samples. Compression rates are also 1.7 times higher in bone compared to polylactide (p < 0.001). When testing samples for flexion, no significant differences were found between indices of bone and polylactide samples.


Keywords

полілактид; навантаження; стиск; розтяг; відносна деформація; руйнування

полилактид; нагрузка; сжатие; растяжение; относительная деформация; разрушение

polylactide; loading; compression; tension; relative deformation; destruction


For the full article you need to subscribe to the magazine.


Bibliography

1. Корж Н.А., Малышкина С.В., Дедух Н.В., Тимченко И.Б. Биоматериалы в ортопедии и травматологии — роль A.A. Коржа в развитии проблемы. В кн.: Горидова Л.Д., ред. Наследие. Украина: Харьков; 2014. С. 35-49; Дєдух Н.В., Макаров В.Б., Павлов А.Д. Біоматеріал на основі полілактиду та його використання як кісткових імплантатів (аналітичний огляд літератури). Біль. Суглоби. Хребет. 2019. Т. 9. № 1. С. 28-35. DOI: 10.22141/2224-1507.9.1.2019.163056.
2. Малышкина С.В., Дедух Н.В. Медико-биологическое изучение искусственных биоматериалов для ортопедии и травматологии. Ортопедия, травматология и протезирование. 2010. № 2. С. 93-100. DOI: 10.15674/0030-59872010293-100. 
3. Радченко В.А., Дедух Н.В., Малышкина С.В., Бенгус Л.М. Биорезорбируемые полимеры в ортопедии и трав-матологии. Ортопедия, травматология и протезирование. 2006. № 3. С. 116-124.
4. Chou Y.C., Lee D., Chang T.M. et al. Development of a three-dimensional (3D) printed biodegradable cage to con-vert morselized corticocancellous bone chips into a structured cortical bone graft. Int. J. Mol. Sci. 2016. 17(4). pii: E595. doi: 10.3390/ijms17040595.
5. Ritz U., Gerke R., Götz H., Stein S., Rommens P.M. A New Bone Substitute Developed from 3D-Prints of Polylac-tide (PLA) Loaded with Collagen I: An In Vitro Study. Int. J. Mol. Sci. 2017. 18(12). pii: E2569. doi:10.3390/ijms18122569.
6. Balakrishnana H., Hassana A., Wahita M.U., Yussufa A.A., Razakb S.B.A. Novel toughened polylactic acid nanocomposite: Mechanical, thermal and morphological properties. Mater. Des. 2010. 31(7). 3289-3298. doi: 10.1016/j.matdes.2010.02.008.
7. Hamad K., Kaseem M., Yang H.W., Deri F., Ko Y.G. Properties and medical applications of polylactic acid: A re-view. eXPRESS Polymer Letters. 2015. 9(5). 435-455. doi: 10.3144/expresspolymlett.2015.42.
8. Rasal R.M., Janorkar A.V., Hirt D.E. Poly(lactic acid) modifications. Prog. Polym  Sci. 2010. 35(3). 338-356. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2009.12.003.
9. Дедух Н.В., Никольченко О.А., Макаров В.Б. Перестройка кости вокруг полилактида, имплантированного в диафизарный дефект. Вісник біології та медицини. 2018. № 142. С. 275-279. DOI: 10.29254/2077-4214-2018-1-1-142-275-279.
10. Макаров В.Б., Дедух Н.В., Никольченко О.А. Остеорепарация вокруг полилактида, имплантированного в метафизарный дефект бедренной кости (экспериментальное исследование). Ортопедия, травматология и про-тезирование. 2018. № 611. С. 102-107. DOI: 10/15674/0030-598720182102-107.
11. ГОСТ 11262-80. Пластмассы. Метод испытания на растяжение. http://docs.cntd.ru/document/gost-11262-80.
12. ГОСТ 4651-82. Пластмассы. Метод испытания на сжатие. М.: Издательство стандартов, 1998. 8 с.
13. ГОСТ 4648-71. Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб. М., 1992. 9 с. https://plastinfo.ru/content/file/gosts/c0b9ceb877e3.pdf.
14. Кордикова Е.И. Композиционные материалы: Лабораторный практикум. Минск: БГТУ, 2007. 176 с.
15. Пронкевич С.А., Орловская А.А., Томило Е.В. Физико-механические свойства тканей человеческого орга-низма при моделировании в программном комплексе ANSYS. Теоретическая и прикладная механика: международ-ный научно-технический сборник. 2010. Вып. 25. С. 214-218.
16. Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека: справочник. К.: На-укова думка, 1990. 224 с.
17. Тяжелов А.А., Романенко К.К., Органов В.В., Рами М.А. Абу Хамде Самара. Проблемы и перспективы опе-ративного лечения переломов диафизов длинных костей конечностей на фоне остеопороза. ХІІІ з’їзд ортопедів-травматологів України. Донецьк, 2001. С. 294-296.
18. Тяжелов О.А., Климовицький В.Г., Карпінський М.Ю. і співавт. Пат. на корисну модель № 46958, UA, МПК (2009) А61В5/103. — 200907801; Спосіб хірургічного лікування метафізарних і метадіафізарних переломів дов-гих кісток. Заявлено 24.07.2009; Опубл. 11.01.2010. Бюл. № 1.
19. Климовицький В.Г., Хадрі Вадид, Гончарова Л.Д. та співавт. Обґрунтування використання нового імплан-таційного матеріалу для фіксації метафізарних переломів. Травма. 2010. Т. 11. № 1.
20. Климовицький В.Г., Тяжелов О.А., Хадрі Вадид. Розробка моделі комбінованого остеосинтезу метафізар-них переломів із використанням вуглецевих імплантатів. Травма. 2011. Т. 12. № 1.
21. Jones N. Science in three dimensions: the print revolution. Nature. 2012. 487(7405). 22-3. DOI: 10.1038/487022a.

Similar articles

Polylactide-based biomaterial and its use as bone implants (analytical literature review)
Authors: Дєдух Н.В. (1), Макаров В.Б. (2), Павлов А.Д. (3)
1 - ДУ «Інститут геронтології імені Д.Ф. Чеботарьова НАМН України», м. Київ, Україна
2 - ДЗ «Спеціалізована багатопрофільна лікарня № 1 МОЗ України», м. Дніпро, Україна
3 - Харківська медична академія післядипломної освіти, м. Харків, Україна

"Pain. Joints. Spine." Том 9, №1, 2019
Date: 2019.05.22
Categories: Rheumatology, Traumatology and orthopedics
Sections: Specialist manual
Study of the stress-strain state of models of bone fragment fixation with biodegradable polylactide plates
Authors: Хвисюк О.М.(1), Павлов О.Д.(1), Карпінський М.Ю.(2), Яресько О.В.(2)
(1) — Харківська медична академія післядипломної освіти, м. Харків, Україна
(2) — ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна

"Тrauma" Том 21, №2, 2020
Date: 2020.05.28
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches
Studying the duration of rigidity preservation in bone fragment fixation by biodegradable polylactide plates
Authors: Хвисюк О.М.(1), Павлов О.Д.(1), Карпінський М.Ю.(2), Карпінська О.Д.(2)
1 - Харківська медична академія післядипломної освіти, м. Харків, Україна
2 - ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна

"Тrauma" Том 19, №5, 2018
Date: 2018.11.27
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches
Calculation of the strength characteristics of a composite material based on polylactide, tricalcium phosphate and hydroxyapatite
Authors: Хвисюк О.М.(1), Павлов О.Д.(1), Карпінський М.Ю.(2), Карпінська О.Д.(2)
(1) — Харківська медична академія післядипломної освіти, м. Харків, Україна
(2) — ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна

"Тrauma" Том 21, №1, 2020
Date: 2020.03.18
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Specialist manual

Back to issue