Vliv aditiv na degradační a mechanické vlastnosti kompozitního kostního lepidla

Abstract

Tato diplomová práce je zaměřena na optimalizaci přípravy, charakterizaci, mechanické zkoušky a degradační studii cementu na bázi fosforečnanu vápenatého modifikovaného fosfoserinem. Toto aditivum bylo zvoleno ke zlepšení adhezivních, mechanických a biokompatibilních vlastností cementu. Teoretická část této práce se zabývá charakteristikou těchto cementů a jejich materiálových vlastností. V této části je obsažen stručný přehled aditiv používaných pro modifikace cementu. Diskutovány jsou také metody pro mechanické testování a studium degradace V experimentální části byla optimalizována příprava modifikovaných cementů, která zahrnuje způsob přidávání fosfoserinu, koncentraci přidávaného materiálu a poměr kapalné a práškové fáze v cementové pastě. Zhodnocena byla také struktura pasty a pro vyhodnocení mechanických vlastností materiálu byla provedena rentgenová difrakční analýza a mechanické zkoušky v kompresi. Na závěr experimentální části byla provedena degradační studie materiálu Závěrem bylo zjištěno, že aditivum fosfoserin má pozitivní vliv na přeměnu fosforečnanu vápenatého na kalcium deficientní hydroxyapatit s nízkou koncentrací aditiva ve vzorcích ve srovnání s referenčním vzorkem. Při tlakové zkoušce bylo pozorováno zvýšení pevnosti v tlaku při nízké koncentraci přísady s poměrem kapalné a práškové fáze 0.5. V obou těchto testech byl pozorován pokles hodnot se zvyšující se koncentrací fosfoserinu. Během degradační studie byl pozorovány větší ztráty hmotnosti ve vzorcích s vyšší koncentrací aditiva vzhledem k referenci. Dále byl pozorován vyšší úbytek hmotnosti ve vzorcích umístěné v kyselém pH. Vzhledem k výsledků testování je nutná další optimalizace metod a podmínek testování. Díky pozitivnímu vlivu fosfoserinu na vlastnosti cement je tento materiál atraktivní pro budoucí použití v medicíně při léčbě kostních zlomenin.

This diploma thesis studies the preparation, characterization, and degradation of calcium phosphate cement modified with phosphoserine. Phosphoserine additive was chosen to improve the adhesive, mechanical and biodegradable properties of the cement. The theoretical part of this work deals with the characterization of the material properties of calcium phosphate cement and contains an overview of additives used for cement modifications. Methods for mechanical testing and degradation study are also discussed. In the experimental part, the preparation of modified calcium phosphate cement was optimized, including phosphoserine addition, the concentration of added material, and the ratio of liquid and powder phase in the cement paste. A powder X-ray diffraction test and static mechanical tests in compression were performed to evaluate the material's mechanical properties, and finally, a degradation study was conducted. In conclusion, the phosphoserine additive was found to positively affect the conversion of calcium phosphate to calcium deficient hydroxyapatite with a low concentration of phosphoserine additive in the samples compared to the reference sample. In the pressure test, an increase in compressive strength was observed at a low additive concentration with a liquid to powder phase ratio of 0.5. In both of these tests, a decrease in values was observed with increasing phosphoserine concentration. Cured samples with low phosphoserine concentrations showed a higher mass loss during the degradation study. During the degradation study, weight loss was observed as a function of pH, whereas weight loss was more significant at acidic pH. Although this future modification, essential insights into what to avoid and what to improve, have been gained, and due to the positive effect of the additive on the properties of cement, this material appears to be attractive for future use in medicine in the treatment of bone fractures