CC BY
25
I
Лкарю, що практикуе
To General Practitioner
Травма
УДК 616-089.843:615.461/.465-046.32 DOI: 10.22141/1608-1706.1.21.2020.197802
Хвисюк О.М.1, Павлов О.Д.1, Карпнський М.Ю.2, Карпнська О.Д.2 1Харк1вська медична академя пслядипломноТ освти, м. Харк1в, УкраТна
2ДУ «1нститут патологи хребта та суглобв 1м. проф. М.1. Ситенка НАМН Укра'Тни», м. Харк1в, УкраТна
Розрахунок мщшсних характеристик композитного матерiалу на 0CH0Bi полшактиду трикальцмфосфату та гiдроксiапатиту
Резюме. Актуальнсть. В ортопедн та травматологи для виготовлення гвинпв \ ф1ксац1йних штифт1в, пластин та анкер'в, кейджюв все частше використовуються пол1мерн1 матер'али, що резорбуються та розчи-няються в бюлогчних рдинах. Часто застосовують ¡мплантати з L-пол¡молочноí кислоти. Пдвищити яюсть бюматер1ал1в на основ\ пол1лактид1в (Р1Л) можливо шляхом введення в íх склад керам'чних матер1ал1в. Од-нак ¡мплантати з р'зним процентним спШдношенням та складом керамчного матералу розрзняються властивостями мцност¡. Мета: розрахувати механ1чн1 характеристики композитного материалу на основ\ Р1Л трикальц1йфосфату (ТКФ) i пдрокаапатиту (ГА) та обрати його оптимальний склад для виготовлення пластин для остеосинтезу довгих юсток. Матер'юли та методи. Проведено розрахунок модуля пружност композитних матералв з рзним умстом керамчних компонент, а також визначено геометричн параме-три пластин для наксткового остеосинтезу з обраного композитного материалу. Результат. Оптимальним може бути вар1ант материалу з в/'дсотковим складом Р1Л — 70 %, ТКФ — 20 % та ГА — 10 %. Такий материал не потребуе значного збльшення товщини пластини, але збереже достатн текуч1 властивост для використан-ня в 3D-принтерi. Для забезпечення жорсткост ф1ксацц' уламюв гомлки на р1вн1 пластини з титану пластину з композитного матералу на основ'1 РА 20 % трикаль^йфосфату та 10 % пдрокаапатиту необхдно виготов-ляти вдв/ч/ товщою за титанову. Висновки. Домшка 20 % трикальцйфосфату та 10 % пдрокаапатиту до PLЛ дозволяе пдвищити модуль пружност матер'алу до 19,91 ГПа. Пластини з чистого Р1Л е занадто м'якими i повиннi бути втричi товщими за титанов/' для забезпечення аналопчно'!' жорсткост фiксацií. Композитний матерал з домшкою 20 % трикальцйфосфату та 10 % пдрокаапатиту дозволяе зменшити необхдну товщи-ну пластин для остеосинтезу гомлки на 30 %.
Ключовi слова: композитний матерал; поллактид; трикальцйфосфат; пдрокаапатит
Вступ
В ортопедп та травматологи для виготовлення гвинпв i фшсацшних штифпв, пластин та анкерiв, кейджiв все частше використовуються полiмернi матерiали, що резорбуються та розчиняються в бю-лопчних рщинах [1, 2]. Серед таких матерiалiв часто застосовують iмплантати з L-полiмолочноl кислоти (Ъ-полтактид), особливютю яких е бюдеградащя, остеоштегращя, здатшсть шдукувати процеси утво-рення ыстково! тканини та висока бюсумюнють з оргашзмом [1, 3]. Перевагою таких iмплантатiв е !х повне розсмоктування, що позбавляе вщ необхщнос-п операци з видалення iмплантату або фшсуючого
пристрою, запобиае ушкодженню тканин. Шдвищи-ти яысть бiоматерiалiв на основi полтактвддв (PLA) можливо шляхом введення в !х склад керамiчних ма-терiалiв, зокрема трикальцшфосфату (ТКФ) та пдрокаапатиту (ГА) [4, 5]. Однак iмплантати з рiзним процентним сшввщношенням та складом керамiчного матерiалу розрiзняються за властивостями мщносп та поведшки в ыстщ.
Мета: розрахувати мехашчш характеристики композитного матерiалу на основi PLA трикальцшфосфату та пдрокаапатиту та обрати його оптимальний склад для виготовлення пластин для остеосинтезу дов-гих исток.
© «Травма» / «Травма» / «Trauma» («Travma»), 2020
© Видавець Заславський О.Ю. / Издатель Заславский А.Ю. / Publisher Zaslavsky O.Yu., 2020
Для кореспонденци: Картнський Михайло Юрмович, науковий сшвробгтник лаборатори бюмехашки, ДУ «1нститут патологи хребта та суглоб1в iMeHi професора М.1. Ситенка НацюнальноТ академГ! медичних наук УкраТни», вул. Пушк1нська, 80, м. Харш, 61024, УкраТна; e-mail: korab.karpinsky9@gmail.com
For correspondence: M. Karpinsky, Research Fellow at the Department of biomechanics laboratory, 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: korab.karpinsky9@gmail.com
Матерiали та методи
З метою визначення кращого складу композитного MaTepia^y на основi PLA з домiшкою трикальцiйфосфату для виготовлення пластин для наюсткового остеосинтезу нами був проведений розрахунок його мехашчних влас-тивостей. За основу були прийняти даш [6] про мехашч-нi влaстивостi PLA, дaнi про властивост ТКФ обрано за мaтepiaлaми [7], мeхaнiчнi влaстивостi титану отримано з бiблiотeки програмного комплексу Cosmos M. Даш про мехашчш властивосл мaтepiaлiв, яю плануються для вве-дення до складу композиту, наведеш в табл. 1.
Результати та обговорення
Розрахунок модуля пружностi композитного мате^алу на основi PLA та трикальцшфосфату
Для розрахунку скористуймося методикою, опи-саною в нayково-тeхнiчнiй лiтepaтypi [8—10]. При на-вaнтaжeннi пружного тiлa на стискання зовнiшнi сили виконують роботу А, яка використовуеться на передачу кшетично'1 енерги K та накопичення потенцшно! енер-rii' деформацй U:
A = K+ U.
Розглянемо зразок, який пружно стискаеться на величину А/ тд дiею сили F. Якщо сила прикладаеться до-сить повтьно, то можна вважати, що юнетична eнepгiя K наближаеться до 0, отже, робота зовшшшх сил повню-тю перетворюеться на потeнцiйнy енергш деформацй:
A = U.
Робота зовшшшх сил А визначаеться за формулою:
А
F21 2 ES'
(1)
де F — сила, яка дie на зразок; I — довжина зразка; Е — модуль пружностi матерiалу зразка; 5 — площа перетину зразка.
Роботу, що використовуеться для деформацй зразка з композицшного матер1алу, можна представити як па-ралельну роботу деформацй кожного матерiалу, з яких складаеться даний зразок (рис. 1).
У такому разi загальну роботу деформацй можна визначити за формулою:
А = Аг + А2 + Ар
де А1 — робота деформацй' для PLA; A2 та деформацй' для трикальцшфосфату; А3 -деформацй' для пдрокшапатиту.
(2)
- робо-робота
Робота кожного з компонент композицшного ма тepiaлy буде доpiвнювaти:
f2l
А =
А-
Fl
А
2s2e, 2 KXE,
f2l f2i
2s2e2 2 k2s2e2
f2i f2i
2 SIE, IKßlE,
тодi формулу (1) можна записати в такий спосiб:
Kl
w
2 КАЕ,
2 k2s;e2
2k3sk e3
fl
2 S.2E.
(3)
(4)
(5)
(6)
де ЕК — модуль пружност композитного матерiалу; Е1 — модуль пружност PLA; Е2 — модуль пружнос-тi трикальцшфосфату; Е3 — модуль пружностi пдро-кшапатиту; Х1 — коефiцieнт вiдсоткового вмюту PLA: Х1 = 51/5к; Х2 — коефiцieнт вiдсоткового вмiсту трикальцшфосфату: К2 = К3 — коефiцieнт вщсот-кового вмюту пдрокшапатиту: К3 = ^ — площа перетину PLA у складi композиту; 82 — площа перетину трикальцшфосфату у складi композиту; 83 — площа перетину пдрокшапатиту у складi композиту; Б — за-гальна площа перетину композицшного зразка.
Рисунок 1. ЕквВалентна схема роботи композиц!йного матер!алу
Таблиця 1. Механ!чн! властивост! матер1ал1в
Мaтерiaл Модуль пружносл, ГПа Коефiцieнт Пуассона
PLA 3,30 0,30
Трикальцмфосфат 33,00 0,27
Гiдроксiапатит 110 0,27
Титан ВТ-16 1,1 X 105 0,2
Спростимо рiвняння (6), для чого винесемо загальш множники:
/
2Б2
р2 р2 11 1 1 2 1 3
-+-— +
К2 Л ' 172
к2е2 к3е3 j тсля скорочення маемо:
I Р 2б2 е„ '
К2 К2 Л2 —+-2— +--
(при дй рiзних навантажень на них), тобто:
о - - Ъ Ь1 — — ' Е1 зд
Б, = = "
Е2 $2
Е,=
I вщповщно
Тодi
_ и _ г
~ е~ бе,
р р^=рК К,
1 б.е. 1е.
БЕ
о
3 бе 3 е
Пдставивши значення Fp F2 та F3 у формулу (8), отримаемо:
Р2К2Е2 Р2К?Е2 | Р2К2Е2 Р2
К\Е\Ек К2Е2Ек КЪЕЪ ЕК ЕК
Шсля спрощення отримаемо таке рiвняння:
КЕ + КА + КЕз=е.
0,7Е. + 0,2Е + 0,1Е = Е .
'1^2 ' 3 к
Пдставимо даш про модуль пружностi окремих ма-терiалiв з табл. 1 до рiвняння (19) та отримуемо значен-
ня модуля пружносп для нашого композитного мате-рiалу:
= (7)
Або
0,7 • 3,3 + 0,2 • 33,0 + 0,1 • 110 = Е.
к
Е = 19,91 ГПа.
(20)
(21)
(8)
к\е\ к2е2 къег ек
Для визначення величин сил припустимо, що окремi компоненти мають однакову деформацш:
(9) (10) (11) (12)
(13)
(14)
(15)
(16)
Отже, величина модуля пружност матерiалу, який мiстить 80 % PLA, 20 % трикальцшфосфату та 10 % гiдроксiапатиту, становить 19,91 ГПа.
Скористуемось рiвнянням (9) для розрахунку величин модуля пружност матерiалiв на основi PLA iз вiдсотковим вмiстом полiлактиду вщ 50 до 90 % та рiзним спiввiдношенням ТКФ i ГА у складi композиту. Бшьш високий вмiст керамiчних складових розглядати недоцшьно, отже, такий склад матерiалу може призвести до значного попршення текучих властивостей, що не дозволить його використання в 3D-принтерах. Результати розрахуныв зведено в табл. 2.
Таблиця 2. Величини модуля пружност ком-позитних матер!ал!в на основ! PLA 1з р!зним вдсотковим вм!стом компонент!в
Сшввщно- Модуль пружност композиту, ГПа
шення ГА : ТКФ Вмют PLA %
50 60 70 80 90
1 : 3 27,78 22,88 17,99 13,09 8,20
1 : 2 30,98 25,45 19,91 14,37 8,84
1 : 1 37,40 30,58 23,76 16,94 10,12
= (17)
(18)
Тобто внески окремих компоненпв пропорцшш площi перетину цих компоненпв.
Для прикладу розрахуемо величину модуля пруж-носи матерiалу на основi PLA, який мютить 30 % ТКФ. Зважаючи на те, що в нашому матерiалi сшввщношен-ня PLA та трикальцшфосфату становить 7 : 2 : 1, рiв-няння (18) мае такий вигляд:
(19)
Для визначення модуля пружност композитного матерiалу на основi PLA з будь-яким вмютом ТКФ та ГА в дiапазонi вiд 50 до 90 % можна скористатися графшэм, наведеним на рис. 2.
Отримане значення модуля пружност може бути використане при моделюванш остеосинтезу довгих исток iз застосуванням iмплантатiв з даного матерiалу.
Розрахунок товщини пластини для забезпечення необх^но'Т жорсткостi фiксацií
Основне завдання пластини для наюсткового остеосинтезу — обмеження рухомост исткових вiдламкiв. При використаннi нового матерiалу для виготовлення пластини логiчно припустити, що вона повинна забез-печити обмеження рухомост вiдламкiв не прше за ти-танову пластину. Тому проведемо розрахунок пластин на прогин як найнебезпечшший вид деформаци для зразыв подiбного профiлю.
Для розрахунюв скористаемося методикою з техшч-но! лiтератури [8]. Спочатку побудуемо вщповщну роз-рахункову схему (рис. 3).
Розрахункова схема являе собою балку довжиною Ь, шириною Ь та товщиною h, закрiплену з двох юн-цiв, на яку дiе згинаюча сила Р, пiд впливом яко! балка
Ь. Ь_ 63 ь
40,00
0,00 -
50 60 70 80 90
BiuiCT PLA, %
-1:3 -1:2-1:1
Рисунок 2. Граф1к зм1ни величини модуля пружност матер1ал1в на основi PLA з умстом ТКФ + ГА
в д!апазон! вд 10 до 50 %
L
¿™==1
Рисунок 3. Розрахункова схема балок на прогин
12,0
5, 4,0 -
I
S 2,0 _
0,0 -
50 60 70 80 90
Вмют PLA, %
-1:3 -1:2-1:1
Рисунок 4. Д'аграма залежност! товщини наксткових пластин вд умсту компоненте
у композитному матер/ал/ на основi PLA
Таблиця 3. Величини товщини пластинок з мате-р!ал!в на основi PLA з р!зним вдсотковим вмятом компонент!в, для па^енлв масою тла 50 кг
Сшввщно- Модуль пружност композиту, ГПа
шення ГА : ТКФ Вмют PLA %
50 60 70 80 90
1 : 3 27,78 22,88 17,99 13,09 8,20
1 : 2 30,98 25,45 19,91 14,37 8,84
1 : 1 37,40 30,58 23,76 16,94 10,12
деформуеться. Величина стрши прогину f балки пря-мокутного профшю визначаеться за формулою:
/ =
Pif 48EI
(22)
де Р — сила, яка дie на балку; £ — довжина балки; Е — модуль пружност матер1алу, з якого вироблено пластину; / — момент шерци зразка.
Момент шерци зразка прямокутного профшю по осi Х визначаeться за формулою:
J =
bh3 12
(23)
/ =
12PL3 48 Ebh3
(24)
Розрахуемо, яку величину прогину забезпечуе на-кiстковa пластина з титану. Для цього обираемо таы параметри: L = 0,2 м; b = 0,015 м; h = 0,0048 м; Е = 110 х 109 Н/м2; Р = 500 Н.
Шдставимо дaнi значення в рГвняння (24) та отри-маемо величину стрши прогину пластини: f = 5,48 мм.
Тобто титанова пластина при навантаженш 500 Н прогинаеться на величину 5,48 мм.
Наступним кроком розрахуемо, яко! товшини необхщ-но виготовляти пластини для остеосинтезу гомшки при викоpистaннi PLA та композитного мaтepiaлy PLA + ТКФ при тих самих параметрах ширини та довжини. Для цього виразимо значення товщини пластини з р1вняння (24):
де b — ширина балки; h — товщина балки.
Шдставимо значення величини моменту шерцй' з piBMHM (23) до рiвняння (22) та отримаемо остаточну формулу для розрахунку величини стрiли прогину:
А = з
\2РЬ
(25)
I A&Ebf
Пiдстaвимо значення модуля пружносп для PLA з табл. 1 до рГвняння (25) i отримаемо значення товщини пластини: h = 15,4 мм.
Таблиця 4. Значення товщини пластини з р!зних матер1алв для наюсткового остеосинтезу гомлки
залежно вД маси тла пац1ент1в
Маса тша патента, кг Товщина пластини, мм
Титан 70 % PLA + 20 % ТКФ + 10 % ГА PLA
50 4,8 8,5 15,4
60 5,1 9,0 16,4
70 5,4 9,5 17,3
80 5,6 9,9 18,0
90 5,8 10,3 18,8
100 6,0 10,7 19,4
110 6,2 11,0 20,1
120 6,4 11,3 20,7
22 20 18. 16, 14, 12, Ю, 8, 6, 4, 2, О,
50
60
70 80 90 100
Маса Tina пащента, кг
— Титан - PLA + ТКФ + ГА -PLA
110
120
Рисунок 5. Графк залежност товщини пластин з р!зних матер!ал!в для остеосинтезу гомшки
вД маси тла пац1ент1в
Отже, щоб отримати прогин величиною 5,48 мм пластини з PLA шд впливом навантаження 500 Н, необхщно забезпечити товщину пластини 15,4 мм.
Для композитного матер1алу PLA + ТКФ + ГА вiзь-мемо розрахунковий модуль пружност з табл. 2 та шд-ставимо до формули (25). Це дозволить визначити товщину пластини з в!дпов1дного матерiалу. Результати розрахунюв наведенi в табл. 3.
Бтьш наочно порiвняти значення товщини наыст-кових пластин iз матерiалiв, виготовлених на основi PLA з рiзним вiдсотковим вмiстом компонентiв, мож-на за допомогою дiаграми, наведено! на рис. 4.
На наш погляд, найоптимальшшим може бути варiант матерiалу з вщсотковим складом PLA — 70 %, ТКФ — 20 % та ГА — 10 %. Такий матерiал не потребуe значного збтьшення товщини пластини, але збереже достатнi те-кучi власгивосп для використання в 3D-принтерi.
Якщо припустити, що пацieнт може впливати на згин пластини силою, рiвною вазi свого тiла, то можна розра-хувати товщину пластин з рiзних матерiалiв, яю забезпе-чать величину прогину пластини 5,48 мм для пацieнтiв рiзноl маси тла. Розрахунковi данi зведенi до табл. 4.
Як показали розрахунки, для забезпечення жор-сткоста фшсацп уламыв гомiлки на рiвнi пластини з титану пластину з композитного матер1алу на основi PLA, 20 % трикальцшфосфату та 10 % пдрокшапатиту необхiдно виготовляти вдвiчi товщою за титанову, а пластину з чистого PLA — втричi товщою.
Для практичного застосування методу оцiнки необ-хщно! товщини пластини на основi PLA зручнiше ви-користовувати графк:, наведений на рис. 5.
Даний графк: залежностi товщини пластин з рiзних матерiалiв для остеосинтезу гомшки вiд маси тiла па-цieнтiв може бути використаний для практичного застосування при шдивщуальному виготовленш пластин з матерiалiв на основi PLA за допомогою 3D-друку.
Висновки
1. Домшка 20 % трикальцшфосфату та 10 % пдро-кшапатиту до PLA дозволяe пiдвищити модуль пруж-ностi матерiалу до 19,91 ГПа.
2. Пластини з чистого РЬА e занадто м'якими i пови-ннi вироблятися втричi товщими за титановi для забезпечення аналопчно! жорсткостi фшсаци. Композитний матерiал з домiшкою 20 % трикальцшфосфату та 10 % пдрокшапатиту дозволяe зменшити необхщну товщину пластин для остеосинтезу гомшки на 30 %.
Конфлжт штереав. Автори заявляють про вшсут-нють конфлiкту iнтересiв та власно! фшансово! защ-кавленостi при пiдготовцi дано! статп.
Список лiтератури
1. Радченко В.А., Дедух Н.В., Малышкина С., Бен-гус Л.М. Биорезорбируемые полимеры в ортопедии и травматологии. Ортопедия, травматология и протезирование. 2006. № 3. С. 116-124.
2. Kontakis G.M., Pagkalos J.E., Tosounidis T.I., Melissas J., Katonis P. Bioabsorbable materials in orthopaedics. Acta Orthop. Belg. 2007. Vol. 73. P. 159-169.
3. Терещенко В.П. Матрицы-носители в тканевой инженерии костной ткани. Успехи современного естествознания. 2015. № 8. С. 66-70.
4. Корж Н.А., Радченко В.А., Кладченко Л.А., Малышкина C.B. Имплантационные материалы и остеогенез. Роль индукции и кондукции в остеогенезе. Ортопедия, травматология и протезирование. 2003. № 2. С. 150-15.
5. Семикозов О.В. Экспериментальное обоснование применения для костной пластики пористого минералонапол-ненного композита полилактида, подвергнутого воздействию сверхкритической среды СО#32#1: автореф. дис. на соискание науч. степени канд. мед. наук: спец. 14.00.16. О.В. Семикозов. ТОУВПО «Российский университет дружбы народов». Москва, 2008. 25 с. 29 ил.
6. Maharanaa T., Mohantyb B, Negi Y.S. Melt-solid polycondensation of lactic acid and its biodegradability. Progress in Polymer Science. 2009. № 34. P. 99-124.
7. Тумилович М.В., Савич B.B., Пилиневич Л.П. Пористые порошковые материалы и изделия на их основе для защиты здоровья человека и охраны окружающей среды: получение, свойства, применение. Минск: Белорусская наука, 2010. 367с.
8. Александров A.B., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 2000. 560 с.
9. Продан А.И. Биомеханическое обоснование оптимального состава композитного материала для чрес-кожной вертебропластики. Хирургия позвоночника. 2006. № 2.
10. Карпинский М.Ю. Экспериментально-теоретическое обоснование состава композитного материала для заполнения костных дефектов. Медицина и ... 2008. № 3(21).
Отримано/Received 23.12.2019 Рецензовано/Revised 10.01.2020 Прийнято до друку/Accepted 15.01.2020 ■
Хвисюк А.Н.1, Павлов А.Д.1, Карпинский М.Ю.2, Карпинская Е.Д.2
Харьковская медицинская академия последипломного образования, г. Харьков, Украина 2ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины», г. Харьков, Украина
Расчет прочностных характеристик композитного материала на основе полилактида,
трикальцийфосфата и гидроксиапатита
Резюме. Актуальность. В ортопедии и травматологии для жидкостях. Часто используют имплантаты из L-полимолочной изготовления винтов и фиксационных штифтов, пластин и кислоты. Повысить качество биоматериалов на основе полианкеров, кейджей все чаще используются полимерные матери- лактида (PLA) возможно путем введения в их состав керами-алы, которые резорбируются и растворяются в биологических ческих материалов. Однако имплантаты с различным процент-
ным соотношением и составом керамического материала различаются свойствами прочности. Цель: рассчитать механические характеристики композитного материала на основе РЬЛ трикальцийфосфата (ТКФ) и гидроксиапатита (ГА) и выбрать его оптимальный состав для изготовления пластин для осте-осинтеза длинных костей. Материалы и методы. Проведен расчет модуля упругости композитных материалов с различным содержанием керамических компонентов, а также определены геометрические параметры пластин для накостного остеосинтеза из выбранного композитного материала. Результаты. Оптимальным может быть вариант материала с процентным составом РЬЛ — 70 %, ТКФ — 20 % и ГА — 10 %. Такой материал не требует значительного увеличения толщины пластины, но сохранит достаточные текучие свойства для ис-
пользования в 3Б-принтере. Для обеспечения жесткости фиксации отломков голени на уровне пластины из титана пластину из композитного материала на основе РЬЛ, 20 % трикальций-фосфата и 10 % гидроксиапатита необходимо изготовить в два раза толще, чем титановую. Выводы. Примесь 20 % трикальцийфосфата и 10 % гидроксиапатита к РЬЛ позволяет повысить модуль упругости материала до 19,91 ГПа. Пластины из чистого РЬЛ слишком мягкие и должны быть в три раза толще титановых для обеспечения аналогичной жесткости фиксации. Композитный материал с примесью 20 % трикальцийфосфата и 10 % гидроксиапатита позволяет уменьшить необходимую толщину пластин для остеосинтеза голени на 30 %. Ключевые слова: композитный материал; полилактид; три-кальцийфосфат; гидроксиапатит
O.N. Khvisyuk1, O.D. Pavlov1, M.Yu. Karpinsky2, O.D. Karpinska2 1Kharkiv Medical Academy of Postgraduate Education, Kharkiv, Ukraine
2State Institution "Sytenko Institute of Spine and Joint Pathology of the National Academy of Medical Sciences of Ukraine", Kharkiv, Ukraine
Calculation of the strength characteristics of a composite material based on polylactide, tricalcium
phosphate and hydroxyapatite
Abstract. Background. In orthopedics and traumatology, polymeric materials that are absorbed and dissolved in biological fluids are used more often to make screws and fixing pins, plates and anchors, cages. Among such materials, L-polylactic acid (L-polylac-tide) implants are more commonly used, their feature is biodegradation, osteointegration, the ability to induce bone formation and high biocompatibility with the body. The advantage of such implants is their complete resorption, which eliminates the need for surgery to remove the implant or locking device and, consequently, prevents tissue damage. It is possible to increase the quality of polylactide-based biomaterials by introducing ceramic materials, in particular tricalcium phosphate and hydroxyapatite, into their composition. However, implants with different percentages and composition of ceramic material differ in the properties of strength and behavior in the bone. Objective: to calculate the mechanical characteristics of a composite material based on polylactic acid tri-calcium phosphate and hydroxyapatite and to choose its optimal composition for the manufacture of plates for osteosynthesis of long bones. Materials and methods. The elastic modulus of composite materials with different contents of ceramic components was
calculated, and the geometric parameters of the plates for bone osteosynthesis from the selected composite material were determined to ensure the stability of bone fragments. Results. Material with a following percentage composition may be an optimal variant: polylactic acid — 70 %, tricalcium phosphate — 20 % and hydroxyapa-tite — 10 %. Such material does not require a significant increase in plate thickness, but retains sufficient flow properties for use in a 3D printer. To ensure rigidity of fixation of tibial fragments at the same level as when using titanium plate, plates made of a composite material based on polylactide, 20 % tricalcium phosphate and 10 % hydroxyapatite should be twice as thick as titanium one. Conclusions. An admixture of 20 % tricalcium phosphate and 10 % hy-droxyapatite to polylactic acid can increase the elastic modulus of the material to 19.91 GPa. Pure polylactide plates are too soft and should be three times thicker than titanium plates to provide similar fixation rigidity. A composite material with an admixture of 20 % tricalcium phosphate and 10 % hydroxyapatite can reduce by 30 % the required plate thickness for lower leg osteosynthesis. Keywords: composite material; polylactide; tricalcium phosphate; hydroxyapatite
