CC BY
40
I
Орипнальы дозддження
Original Researches
Травма
УДК 606:620.3:(616-001+617.3]-098.227 DOI: 10.22141/1608-1706.6.20.2019.186029
Корж М.О.1, Шидловський М.С.2, Макаров В.Б.1, Заховайко А.А.2, Танькут О.В.1, Карп/нський М.Ю.1, Карп/нська О.Д.1, Чуприна Д.О.3
1ДУ «1нститутпатологИхребта та суглоб/в 1м. проф. М.1. Ситенка НАМН Укра'ни», м. Харк1в, Укра'на 2Нацюнальний техн/чний ун1верситет Укра'ни «Ки'вський полтехнчний ¡нститут ¡мен11горя С1корського», м. Ки'в, Укра'на
3Науково-виробниче п/дприемство «НВП А-Tech», м. Ки'в, Укра'на
Експериментальне дос^дження мехашчних властивостей полшактиду
Резюме. Актуальнсть. ¡мплантати з пол/лактиду мають високу б/осум/сн/сть та виражен/ остео/нтегративнi властивост/, що забезпечують формування навколо б/оматер/алу к/стковоi тканини та iiпоступове вростан-ня в матер/ал iмплантату. Розвиток технолог/й 3D-друку дозволяе виготовляти на основ/ пол/лактиду /мплан-тати будь-якоi форми, що дае можлив/сть зд/йснювати iндивiдуальний п/дх/д до л/кування кожного патента. Отже, питання мiцнiснихвластивостей композитнихматерiалiв на основ'1 пол/лактиду залишаються актуаль-ними i потребують детального вивчення. Мета дослiдження: визначити механiчнi властивост/ зразк/в пол/-лактиду при навантаженняхна стиск, розтяг та згин. Матер'юли та методи. Випробування зразюв на м/цн/сть проводили навантаженням на розтяг, стиск та згин. Навантаження на зразки зб/льшували поступово з пост/иною швидк/стю до повного руйнування зразка. Ф/ксували величину навантаження в момент руйнування зразка та величину його деформацИ. При обробц/ результат випробувань зразюв розраховували величину межi м/цностi на розтяг та стиск. Результати. Отриман/ експериментальн/ данi довели, що величина в/днос-них деформац/й, що призводять до руйнування зразк/в з пол/лактиду при навантаженнi на згин та стиск, в/др/зняеться на 0,83 %. Пор/вняно з к/сткою навантаження на розтяг б/льше на 3,36 %, на стиск — на 4,19 %. Висновки. Пор/вняльний анал/з механ/чнихвластивостей зразк/в пол/лактиду Ingeo™ Biopolymer 4032D про-демонстрував, що показник еластичност/ к/стки (на розтяг) перевищуе в 6,7 раза (p < 0,001) такий пор/вняно /з зразками з пол/лактиду. Показники стиску також в 1,7 раза вище у к/стцi пор/вняно з пол/лактидом (p < 0,001). При випробуваннi зразк/в на згин в/рог/дних в/дм/нностей м/ж показниками к/стки та зразками з пол/лактиду не виявлено.
Ключовi слова: пол/лактид; навантаження; стиск; розтяг; в/дноснадеформац/я; руйнування
Вступ
У сучаснш ортопедп та травматологи використову-еться багато нових матерiалiв для отримання надшно-го остеосинтезу або заповнення дефекпв исток. В1д-повщно до якостей матерiали роздтяють на двi групи: бюшертш та ri, що бюдеградують у дтянках iмплан-таци [1, 2]. Матерiалами з якостями бюдеградаци, яы зазвичай використовують у ыстковш хiрургií, е поль глшолщ (PGA), полшактид (PLA, полiмолочна кислота), полшактид та полилшолщ (PLGA, спiвполiмери рiзного сшввщношення), полщоксанон, пропшен, полюульфон та полшарбонат. Матерiали, що частше
використовують для створення iмплантатiв, — PLA та PGA, особливютю яких е бюдеградащя в дтянках iмплантацií, остеоштегращя, здатшсть шдукува-ти процеси утворення ыстково! тканини та висока бюсумюнють iз тканинами оргашзму, у тому чи^ з кютковою тканиною [3, 4]. Крiм того, iз введенням у медичну практику 3D-принтера вони стали щеаль-ними матерiалами для виготовлення друкованих iмп-лантапв. Друковаш iмплантати з PLA забезпечують мехашчну стабшьнють, мають високу бюсумюнють та остеокондуктивнють [5]. Дослщження з перевiркою рiвня забруднення ендотоксинами PLA, друкованого
© «Травма» / «Травма» / «Trauma» («Travma»), 2019
© Видавець Заславський О.Ю. / Издатель Заславский А.Ю. / Publisher Zaslavsky O.Yu., 2019
Для кореспонденци: Корж Микола Олексшович, доктор медичних наук, професор, заслужений д1яч науки i техн1ки Укра'1'ни, лауреат Державно!" премГГ УкраТни, директор ДУ «1нститут патологи хребта та суглоб1в ¡мен1 професора М.1. Ситенка НацюнальноТ академи медичних наук УкраТни», вул. Пушкшська, 80, м. Харш, 61024, УкраТна; e-mail: [email protected] For correspondence: Mykola Korzh, MD, PhD, Professor, Director of the State Institution "Sytenko Institute of Spine and Joint Pathology of the National Academy of Medical Sciences of Ukraine', Pushkinskaya st., 80, Kharkiv, 61024, Ukraine; e-mail: [email protected]
на 3D-принтерi, продемонструвало низькi межовi piB-ш, визначенi FDA (Food and Drug Administration) [6]. Наведеш даш розширюють можливостi використання MaTepi^y з PLA, iмплантати з якого можуть бути на-дpyковaнi на 3D-пpинтepi в paзi проведення опepaцiй на ыстках. Цi iмплaнтaти використовують у ыстковш хipypгri та як тдкладку у peгeнepaтоpнiй мeдицинi, зокрема й для замщення кiсткових дeфeктiв. У деяких дослщженнях [7—9] визначено, що пepшi iмплaнтaти з PLA мали високий модуль пpyжностi (3,5—3,8 ГПа) та мщшсть на розрив (48—110 МПа), однак 1м були при-тaмaннi кpихкiсть i низька жорстысть, що обмежува-ло 1х застосування. Унаслщок цього були pозpоблeнi композитш полiмepи.
Дослiджeно в eкспepимeнтi на щурах полтактид (Ingeo™ Biopolymer 4032D), що е продуктом полiмe-ризаци L- i D-форм лактиду (сшввтношення вiд 24 : 1 до 32 : 1). 1мплантати у виглядi гвинтiв були ствоpeнi за допомогою персонального 3D-пpинтepa Ultimaker-3 (технолопя друку методом наплавлення, товщина шару — 0,1—0,2 мм). Виготовлеш гвинти з бюполь меру iмплaнтyвaли в мeтaдiaфiзapний та дiaфiзapний дефекти стегново'1 кiстки [10, 11]. Доведено, що цей матер1ал е бiосyмiсним, мае висоы остеоштегратив-нi якостi, не викликае запалення в оточуючих м'яких тканинах та ыстковому мозку, деструктивних змш кiстки в дiлянкaх iмплaнтaцi'l. На кiнцeвий тepмiн до-слтження (270-та доба) iмплaнтaти з полтактиду збе-р^али форму, деградаци бюматер1алу не встановлено, що дае змогу використовувати його довготривало.
1мплантати з полтактиду мають високу бюсумю-нють та вираженi остеоiнтегративнi властивостi, яы забезпечують формування навколо бiоматерiалу ыст-ково! тканини та Н поступове вростання в матерiал iмплантату. Розвиток технологш 3D-друку дозволяе виготовляти на основi полiлактиду iмплантати будь-яко! форми, що дае змогу здшснювати iндивiдуальний пiдхiд до лiкування кожного пащента. Отже, питання мiцнiсних властивостей композитних PLA залишають-ся актуальними i потребують детального вивчення.
Мета дослвдження: визначити механiчнi властивос-т зразкiв полiлактиду при навантаженнях на стиск, розтяг та згин.
Матерiали та методи
У випробувальному цен^ «Науково-випробувальний центр «Надшнють» Нацiонального техшчного ушверси-тету Укра!ни «КП1 iм. 1горя Окорського» були проведенi експериментальш дослщження на мiцнiсть зразюв з поль лактиду (1щео™ Biopolymer 4032D), що е продуктом по-лiмеризащl L- i D-форм лактиду (сшввщношення вщ 24 : 1 до 32 : 1). Як сказано вище, iмплантати у вигляд гвинтав були створенi за допомогою персонального 3D-принтера Ultimaker-3 (технологiя друку методом наплавлення, товщина шару — 0,1—0,2 мм). Випробування зразюв на мщшсть проводили пщ впливом трьох видав навантаження: на розтяг, стиск та згин. Випробування проводили згщно з чинними стандартами [12—14].
Випробування на розтяг (рис. 1) проводили на 8 зраз-ках з полтактиду дiаметром 10 мм i довжиною 50 мм.
Рисунок 1. Випробування зразюв з полтактиду на розтяг: а — схема експерименту; б — зразок
на випробувальному стендi Примтки: на схемi (рис. 1а) та на в&х ¡нших схемах: Д — динамометр; М — м!крометр; F — сила навантаження; А1 — величина деформацп зразка.
Рисунок 2. Випробування зразюв з полшактиду на стиск: а — схема експерименту; б — зразок
на випробувальному стенд'1
Випробування на стиск (рис. 2) проводили на 20 зраз-ках з полшактиду д1аметром 10 мм 1 довжиною 25 мм.
Випробування на згин (рис. 3) проводили на 20 зраз-ках з полшактиду д1аметром 10 мм та довжиною 50 мм. Вщстань м1ж опорами при проведенш випробувань до-р1внювала 35 мм.
У процеа випробувань навантаження на зразки збшьшували поступово з постшною швидк1стю до по-вного руйнування зразка. Ф1ксували величину наван-таження в момент руйнування зразка та величину його деформаци.
Випробування на розтяг та стиск проводили на випробувальн1й машин1 TIRATEST-2300, на згин — TIRATEST-2151. Вим1рювання величини деформаци зразк1в зд1йснювали за допомогою мжрометра з цифровою 1ндексац1ею вщлжу.
При обробц1 результат1в випробувань зразюв розра-ховували величину меж1 мщносп на розтяг та стиск за кнуючими формулами [15].
За результатами експериментальних випробувань був проведений статистичний анал1з отриманих да-них. Анал1з проводили методами описово! статистики (середне та стандартне в1дхилення). Пор1вняння 2 груп виконували за допомогою Т-тесту для незалежних виб1рок, а 3 — за допомогою дисперсшного анал1зу з апостер1орним тестом Дункана.
Результати та обговорення
Результати дослщження м1цн1сних властивостей зразк1в з полшактиду подано в табл. 1.
Як свщчать дат табл. 1, найбшьш1 навантаження витримують зразки з полшактиду на стиск, наймен-
Рисунок 3. Випробування зразюв з полшактиду на згин: а — схема експерименту; б — зразок
на випробувальному стенд'1
шi — при навантаженнях на згин. У pa3i дослiдження зразыв на розтяг отримаш промiжнi значення показ-никiв стиску та згину.
У наступному дослтженш проведено порiвняння даних втносно! деформацй' зразкiв з полтактиду та кiстки. Отриманi експериментальнi даш довели, що величина вiдносних деформацш, що призводять до руйнування зразыв з полiлактиду при навантаженнi на згин та стиск, вiдрiзняeться на 0,83 %. Порiвняно з ысткою навантаження на розтяг бiльше на 3,36 %, на стиск — на 4,19 %.
Для визначення статистично! вiрогiдностi величин втносно! деформацй' зразюв з полiлактиду та ыстки в умовах рiзних навантажень було проведено однофак-
торний дисперсiйний анатз (ANOVA) з апостерiорним тестом Дункана (табл. 3).
За результатами однофакторного дисперсшного анатзу величини вiдносних деформацш полтактиду при навантаженнях на розтяг та стиск розташовано в окремих шдгрупах 2 i 3, що свтчить про наявнiсть статистично значущо! рiзницi мiж ними. Розташування величини втносно! деформацй кiстки в окремш пт-групi 1 також свтчить про и статистично значущу вт-мiннiсть вiд показникiв полтактиду за обома видами навантаження.
Також визначеш величини межi мiцностi та модуля пружносп полiлактиду при рiзних видах навантаження (табл. 4).
Таблиця 1. Показники навантажень та деформацИ зразюв з поллактиду, отримаш в результат!
експериментальних випробувань
Показник Вид навантаження
Розтяг Стиск Згин
Навантаження, Н М ± SD 969,33 ± 175,52 5613,00 ± 942,86 514,59 ± 153,63
Min ■ max 829,90 ■ 1292,00 4492,00 ■ 6641,00 324,30 ■ 867,70
Деформа^я, мм М ± SD 2,15 ± 0,36 1,24 ± 0,08 0,89 ± 0,24
Min ■ max 1,76 ■ 2,71 1,10 ■ 1,36 0,42 ■ 1,30
Таблиця 2. Пор1вняння даних вщносноi деформацИ зразюв з поллактиду та кстки
Матерiал Ктькють зразмв Вид навантаження Вщносна деформaцiя, %
Полтактид 8 Розтяг 4,72 ± 0,92
20 Стиск 5,55 ± 0,38
Кютка 1,36 ± 0,08
Таблиця 3. Результати ANOVA апостерорного тесту Дункана величин вщносноI деформацИ зразюв з полтактиду при р'/зних видах навантаження та юстковоI тканини
Мaтерiaл Вид навантаження Вщносна деформащя, %
Пiдмножинa для а = 0,05
1 2 3
Кiстка 1,36
Полтактид Розтяг 4,72
Стиск 5,55
Статистична значущють 1,000 1,000 1,000
Таблиця 4. Величини меж./ мiцностi та модуля пружност зразюв з поллактиду, отриман в результат експериментальних випробувань
Показник Вид навантаження
Розтяг Стиск Згин
Межа мщност^ МПа М ± SD 15,62 ± 3,78 88,63 ± 10,31 63,58 ± 18,46
Min ■ max 10,98 - 22,79 80,90 - 127,35 31,18 - 91,70
Модуль пружносД МПа М ± SD 329,73 ± 35,51 1596,58 ± 114,96 1702,11 ± 439,67
Min ■ max 281,43 - 394,48 1490,73 - 2054,01 1141,09 - 2335,15
Таблиця 5. Показники меж./ м1цност1 зразюв з поллактиду та юстково! тканини при рiзних видах
навантаження
Межа мiцностi, МПа
Матерiал Вид навантаження
Розтяг Стиск Згин
Полiлактид 15,6 ± 3,8 88,6 ± 10,3 63,6 ± 18,5
Кютка 105,1 ± 11,0 154,7 ± 22,4 69,9 ± 12,4
Статистична вiрогiднiсть t = -21,755 р = 0,001 t = -12,046 р = 0,001 t = -1,269 р = 0,213
Доведено, що при навантаженнях на стиск та згин модуш пружност полiлактиду суттево не вiдрiзняють-ся. Найменшу пружнiсть полiлактид демонструе при навантаженнях на розтяг. Це можливо пояснити тим, що при навантаженш на згин верхня частина зразка втчувае стискаючi напруження, а нижня — розтягуючi (рис. 4).
Проведений порiвняльний аналiз (табл. 5) величин меж! мщносп зразкiв з полтактиду та кiстки за рiзни-ми видами навантаження дозволив визначити вщмш-ност !х мiцнiсних показникiв. Величини меж! мщносп кiстки при навантаженнях на розтяг стиск та згин об-рано за даними лггератури [16, 17].
Проведений порiвняльний анатз продемонстрував, що показник еластичностi истки (на розтяг) переви-щуе в 6,7 раза (р = 0,001) такий порiвняно iз зразками з полтактиду. Показники стиску також в 1,7 раза вище у юстщ порiвняно з полiлактидом (р = 0,001). У разi випробування зразюв на згин вiрогiдних вiдмiнностей мiж показниками кустки та зразками з полтактиду не виявлено.
У сучаснш травматологи та ортопедп залишаються актуальними питаннями заповнення дефектiв кiсток та надшшсть фшсацп iмплантатiв у хворих на остео-пороз. Особливо це стосуеться хiрургiчного лшуван-ня пащенпв з метадiафiзарними та метафiзарними переломами [18]. В експериментальних та кшшчних дослщженнях доведено, що в умовах остеопорозу ви-користання вуглецевих iмплантатiв з кутовою ста-бiльнiстю не забезпечуе стабтьшсть та надiйнiсть фшсацп кiсткових вiдламкiв [19—21]. Автори довели, що iмплантати повиннi вiдповiдати трьом вимогам:
1) надшне з'еднування юсткових фрагментiв, при цьому надiйнiсть з'еднання повинна мати значний запас мщносп й не повинна втрачатись з часом;
2) втновлення функци верхньо! кiнцiвки якомога швидше, в iдеалi — вiдразу ж пiсля операцщ 3) мати бiологiчну сумiснiсть. У лгтшх пацiентiв iмплантат повинен знаходитись у тканинах оргашзму людини тривалий час, часто до кiнця життя, тому питання про бюлопчну сумюшсть та бiологiчну iнертнiсть матерiалу, з якого виготовлено iмплантат, е дуже важливим.
1мплантати, виготовленi з PLA, бюсумюш, мають хорошi бiомеханiчнi властивостi. У разi використання при хiрургiчних втручаннях у дiлянцi колiнного, го-
Нейтральна
Механнний розтяг
Рисунок 4. Схема розподлу напружень у зразках при згинанш
мтковостопного, плечового та лклъового суглобiв, в кiстках ступнi, зап'ястку, таза отримано задовiльнi ре-зультати [2]. Визначено, що фшсащя переломiв мате-рiалами, що бiодеградують, е ефективною, як i використання традицшних засобiв (металiв), однак вони не потребують видалення. Якщо рашше PLA розгля-дали як щеальний бiоматерiал для застосування в дь лянках скелета, що не несуть навантаження [22], то на сьогодш можливо створення рiзних композитiв на основi PLA, що дасть змогу широко використовувати 1х в ортопедичнш практицi в дiлянках скелета з рiз-ним навантаженням. Значний прогрес у виготовленнi iмплантатiв досягнуто з використанням 3D-друку, що дае змогу вдосконалити пiдходи в створеннi сучасних iмплантатiв та !х поширеного використання в кшшч-них умовах.
Висновки
1. Порiвняльний аналiз механiчних властивостей зразюв полтактиду 1щео™ Biopolymer 4032D продемонстрував, що показник еластичносп кiстки (на розтяг) перевищуе в 6,7 раза (р = 0,001) такий порiв-няно iз зразками з полтактиду. Показники стиску також в 1,7 раза вище у юстщ порiвняно з полтактидом (р = 0,001). При випробуванш зразюв на згин вiрогiд-них втмшностей мiж показниками кiстки та зразками з полтактиду не виявлено.
2. Бiоматерiал з полтактиду може бути використано для заповнення юсткових порожнин.
Конфлжт iнтересiв. Автори заявляють про втсут-нiсть конфлiкту штерешв та власно! фшансово! защ-кавленосп при пiдготовцi дано! статтi.
Список л^ератури
1. Корж Н.А., Малышкина С.В., Дедух Н.В., Тимченко И.Б. Биоматериалы в ортопедии и травматологии — роль А.А. Коржа в развитии проблемы. В кн.: Торидова Л.Д., ред. Наследие. Украина:Харьков; 2014. С. 35-49; ДедухН.В., Макаров В.Б., Павлов АД. Бiомаmерiал на основi полыактиду та його використання як кюткових iмплантатiв (аналтичний огляд лтератури). Быь. 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: 10.15674/003059872010293-100.
3. Радченко В.А., Дедух Н.В., Малышкина С.В., Бен-гус Л.М. Биорезорбируемые полимеры в ортопедии и травматологии. 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 convert 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.., Gotz H, Stein S, Rommens P.M. A New Bone Substitute Developed from 3D-Prints of Polylactide (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., Yussu-fa A.A., Razakb S.B.A. Novel toughenedpolylactic acid nano-composite: Mechanical, thermal and morphological properties. Mater. Des. 2010. 31(7). 3289-3298. doi: 10.1016/j.mat-des.2010.02.008.
7. Hamad K., Kaseem M., Yang H.W, Deri F, Ko Y.G. Properties and medical applications of polylactic acid: A review. 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. Всник бюлогн та медицини. 2018. № 142. С. 275-279. DOI: 10.29254/2077-4214-2018-1-1142-275-279.
10. Макаров В.Б., Дедух Н.В., Никольченко О.А. Осте-орепарация вокруг полилактида, имплантированного в ме-
тафизарный дефект бедренной кости (экспериментальное исследование). Ортопедия, травматология и протезирование. 2018. № 611. С. 102-107. DOI: 10/15674/0030598720182102-107.
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 организма при моделировании в программном комплексе ANSYS. Теоретическая и прикладная механика: международный научно-технический сборник. 2010. Вып. 25. С. 214-218.
16. Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека: справочник. К.: Науко-ва думка, 1990. 224 с.
17. Тяжелов А.А., Романенко К.К., Органов В.В., Рами М.А. Абу Хамде Самара. Проблемы и перспективы оперативного лечения переломов диафизов длинных костей конечностей на фоне остеопороза. XIII зЪд ортопедiв-травматологiв Украши. Донецьк, 2001. С. 294-296.
18. Тяжелов О.А, Климовицький В.Г., Карпт-ський М.Ю. i ствавт. Пат. на корисну модель № 46958, UA, МПК (2009) А61В5/103. - 200907801; СпоЫб хiрур-гiчного лкування метафiзарних i метадiафiзарних перело-мiв довгих ысток. Заявлено 24.07.2009; Опубл. 11.01.2010. Бюл. № 1.
19. Климовицький В.Г., Хадрi Вадид, Гончарова Л.Д. та ствавт. ОбГрунтування використання нового iмплан-тацшного матерiалу для фтсацн метафiзарних переломiв. Травма. 2010. Т. 11. № 1.
20. Климовицький В.Г., Тяжелов О.А, Хадрi Вадид. Розробка моделi комбтованого остеосинтезу метафiзар-них переломiв iз використанням вуглецевих iмплантатiв. 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.
Отримано/Received 11.09.2019 Рецензовано/Revised 29.09.2019 Прийнято до друку/Accepted 10.10.2019 ■
Корж Н.А.1, Шидловский М.С.2, Макаров В.Б.1, Заховайко А.А.2, Танькут О.В.1, Карпинский М.Ю.1, Карпинская О.Д.1, Чуприна Д.О.3
1ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины», г. Харьков, Украина
2Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», г. Киев, Украина
3Научно-производственное предприятие «НВП А-Tech», г. Киев, Украина
Экспериментальное исследование
Резюме. Актуальность. Имплантаты из полилактида имеют высокую биосовместимость и выраженные остеоинтегратив-ные свойства, которые обеспечивают формирование вокруг биоматериала костной ткани и ее постепенное врастание в материал имплантата. Развитие технологий 3D-печати позволяет
механических свойств полилактида
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 1вдео™ Вюро1ушег 4032Б продемонстрировал, что показатель эластичности кости (на растяжение) превышает в 6,7 раза (р < 0,001) таковой по сравнению с образцами из полилактида. Показатели сжатия также в 1,7 раза выше у кости по сравнению с полилактидом (р < 0,001). При испытании образцов на сгиб достоверных различий между показателями кости и образцами из полилактида не обнаружено.
Ключевые слова: полилактид; нагрузка; сжатие; растяжение; относительная деформация; разрушение
M.O. Korzh1, M.S. Shidlovsky2, V.B. Makarov1, A.A. Zakhovayko2, O.V. Tankut1, M.Yu. Karpinsky1, O.D. Karpinskaya1, D.O. Chuprina3
1State Institution "Sytenko Institute of Spine and Joint Pathology of the National Academy of Medical Sciences of Ukraine", Kharkiv, Ukraine
2National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, Ukraine 3Research and Production Enterprise "A-Tech", Kyiv, Ukraine
An experimental study of the mechanical properties of polylactide
Abstract. Background. Polylactide implants have high biocom-patibility 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 printing 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 re-
corded. 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 bending 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: polylactide; loading; compression; tension; relative deformation; destruction
