WPŁYW SZTUCZNEGO ŚRODOWISKA BIOLOGICZNEGO NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTÓW WĘGLOWO-FOSFORANOWYCH

Podobne dokumenty
Projekt: Nowe przyjazne dla środowiska kompozyty polimerowe z wykorzystaniem surowców odnawialnych

KOMPOZYTY W MEDYCYNIE

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTÓW AlSi13Cu2- WŁÓKNA WĘGLOWE WYTWARZANYCH METODĄ ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO

Wykład VII: Kompozyty. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

KOMPOZYTY Z POLIMERÓW RESORBOWALNYCH PRZEZNACZONE DLA CHIRURGII KOSTNEJ

30/01/2018. Wykład VII: Kompozyty. Treść wykładu: Kompozyty - wprowadzenie. 1. Wprowadzenie. 2. Kompozyty ziarniste. 3. Kompozyty włókniste

Ćwiczenie nr 2. Badanie kształtu i wielkości porów oraz połączeń między porami w biomateriałach ceramicznych

BIOAKTYWNE KOMPOZYTY WŁÓKNO WĘGLOWE/PSEUDOWOLASTONIT DLA ZASTOSOWAŃ W CHIRURGII KOSTNEJ

PRZEWIDYWANIE CZASU ŻYCIA IMPLANTÓW KOMPOZYTOWYCH NA PODSTAWIE CHARAKTERYSTYK PEŁZANIA

MATERIAŁY NA OSNOWIE FAZY MIĘDZYMETALICZNEJ FeAl Z DODATKIEM 2 I 10% OBJ. Al2O3

METODY BADAŃ BIOMATERIAŁÓW

SPIS TREŚCI WPROWADZENIE Podział biomateriałów Biomateriały w medycynie regeneracyjnej Cementy kostne...

WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTÓW Al2O3-Mo W ASPEKCIE BADAŃ Al2O3 WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH

Kompozyty. Czym jest kompozyt

ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlSi13Cu2 WYTWARZANYCH METODĄ SQUEEZE CASTING

OTRZYMYWANIE KOMPOZYTÓW METALOWO-CERAMICZNYCH METODAMI PLAZMOWYMI

NANOKOMPOZYTY POLIMEROWO-CERAMICZNE PRZEZNACZONE DO ZASTOSOWAŃ MEDYCZNYCH

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

CHARAKTERYSTYKA KOMPOZYTÓW Z UWZGLĘDNIENIEM M.IN. POZIOMU WSKAŹNIKÓW WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH, CENY.

KOMPOZYTY NA OSNOWIE FAZY MIĘDZYMETALICZNEJ NiAl O WŁAŚCIWOŚCIACH ZMODYFIKOWANYCH CZĄSTECZKAMI CERAMICZNYMI

Kompozyty Ceramiczne. Materiały Kompozytowe. kompozyty. ziarniste. strukturalne. z włóknami

A. PATEJUK 1 Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej WAT Warszawa ul. S. Kaliskiego 2, Warszawa

KOMPOZYTY GRADIENTOWE DLA MEDYCYNY REGENERACYJNEJ

Nanokompozytowe membrany włókniste; możliwości zastosowań medycznych

Wpływ promieniowania na wybrane właściwości folii biodegradowalnych

WPŁYW CIĘTYCH WŁÓKIEN WĘGLOWYCH NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTU NA OSNOWIE STOPU AlSi10Mg

Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna. Przedmiot: BIOMATERIAŁY. 1. Klasyfikacja materiałów medycznych

Badania nad przydatnością kompozytów wytworzonych z Ŝywic polisiloksanowych dla chirurgii kostnej. Teresa Gumuła, Stanisław BłaŜewicz

WyŜsza Szkoła InŜynierii Dentystycznej im. prof. Meissnera

Własności mechaniczne kompozytów odlewanych na osnowie stopu Al-Si zbrojonych fazami międzymetalicznymi

WPŁYW OBCIĄŻEŃ ZMĘCZENIOWYCH NA WYSTĘPOWANIE ODMIAN POLIMORFICZNYCH PA6 Z WŁÓKNEM SZKLANYM

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

WPŁYW WARUNKÓW UTWARDZANIA I GRUBOŚCI UTWARDZONEJ WARSTEWKI NA WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE ŻYWICY SYNTETYCZNEJ

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE TKANKI KOSTNEJ GĄBCZASTEJ ZMIENIONEJ PATOLOGICZNIE

Nauka o Materiałach dr hab. inż. Mirosław Bućko, prof. AGH B-8, p. 1.13, tel

Materiałoznawstwo optyczne CERAMIKA OPTYCZNA

B A D A N I E W Y T R Z Y M A Ł O Ś C I K O M P O Z Y T Ó W W Ę G L O W Y C H

KRZEPNIĘCIE KOMPOZYTÓW HYBRYDOWYCH AlMg10/SiC+C gr

σ c wytrzymałość mechaniczna, tzn. krytyczna wartość naprężenia, zapoczątkowująca pękanie

BIOMATERIAŁY KOMPOZYTOWE

III Konferencja: Motoryzacja-Przemysł-Nauka ; Ministerstwo Gospodarki, dn. 23 czerwiec 2014

STRUKTURA GEOMETRYCZNA POWIERZCHNI KOMPOZYTÓW ODLEWNICZYCH TYPU FeAl-Al 2 O 3 PO PRÓBACH TARCIA

KRYSTALIZACJA, STRUKTURA ORAZ WŁAŚCIWOŚCI TECHNOLOGICZNE STOPÓW I KOMPOZYTÓW ALUMINIOWYCH

WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI WYTRZYMAŁOŚCIOWE TAŚM KOMPOZYTOWYCH Z WŁÓKIEN WĘGLOWYCH

ZUŻYCIE TRYBOLOGICZNE KOMPOZYTU NA OSNOWIE ZGARU STOPU AK132 UMACNIANEGO CZĄSTKAMI SiC

ASPEKTY TECHNOLOGICZNE OTRZYMYWANIA KOMPOZYTÓW SZKLANO-METALICZNYCH NA OSNOWIE STOPU IMPLANTACYJNEGO Co-Cr-Mo

MODELOWANIE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ O ZMIENNEJ TWARDOŚCI

CHARAKTERYSTYKA BIOMATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH TYPU AISI 316L HYDROKSYAPATYT CHARACTERIZATION OF AISI 316L HYDROXYAPATITE COMPOSITE BIOMATERIALS


WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE ŚWIATŁOUTWARDZALNYCH KOMPOZYTÓW ZBROJONYCH MIKRO- I NANOCZĄSTKAMI


WSTĘPNE MODELOWANIE ODDZIAŁYWANIA FALI CIŚNIENIA NA PÓŁSFERYCZNY ELEMENT KOMPOZYTOWY O ZMIENNEJ GRUBOŚCI

BADANIE WYDZIELEŃ W STALIWIE RUR KATALITYCZNYCH PRZY POMOCY MIKROSKOPU SKANINGOWEGO

KOMPOZYTY O OSNOWIE METALOWEJ ZAWIERAJĄCE CZĄSTKI WĘGLA SZKLISTEGO WYKORZYSTANE DO PRACY W WARUNKACH TARCIA

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA w elektronice

[Engineering of Biomaterials, 34,(2004),6-8]

LEJNOŚĆ KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlMg10 Z CZĄSTKAMI SiC

MOŻLIWOŚCI WYSTĄPIENIA WAD ODLEWÓW Z METALOWYCH KOMPOZYTÓW W OBSZARZE POŁĄCZENIA METAL OSNOWY-ZBROJENIE. K. GAWDZIŃSKA 1 Akademia Morska w Szczecinie

30/01/2018. Wykład IX: Dekohezja. Treść wykładu: Dekohezja - wprowadzenie. 1. Dekohezja materiałów - wprowadzenie.

ODPORNOŚĆ BETONÓW SAMOZAGĘSZCZALNYCH NA BAZIE CEMENTU ŻUŻLOWEGO (CEM III) NA DZIAŁANIE ŚRODOWISK ZAWIERAJĄCYCH JONY CHLORKOWE

Wykład X: Dekohezja. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

ROZKŁ AD NAPRĘŻE Ń W PŁ YCIE Z DREWNA MODYFIKOWANEGO PODDANEJ ZGINANIU

Rok akademicki: 2017/2018 Kod: NIM MM-s Punkty ECTS: 5. Kierunek: Inżynieria Materiałowa Specjalność: Materiałoznawstwo metali nieżelaznych

Wykład IV: Polikryształy I. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Nauka o Materiałach. Wykład XI. Właściwości cieplne. Jerzy Lis

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Dorota Kunkel. WyŜsza Szkoła InŜynierii Dentystycznej

WPŁYW WANADU I MOLIBDENU ORAZ OBRÓBKI CIEPLNEJ STALIWA Mn-Ni DLA UZYSKANIA GRANICY PLASTYCZNOŚCI POWYŻEJ 850 MPa

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 20/16

BADANIE I ANALIZA METODĄ LOGIKI ROZMYTEJ PARAMETRÓW PROCESU MIESZANIA POD KĄTEM POPRAWY WŁASNOŚCI KOMPOZYTÓW OTRZYMANYCH Z PROSZKÓW

WŁAŚCIWOŚCI KRUSZYW LEKKICH MODYFIKOWANYCH ZUśYTYMI ADSORBENTAMI

BIOTRIBOLOGIA I APLIKACJE MEDYCZNE

WPŁYW WIELKOŚCI I UDZIAŁU ZBROJENIA NA WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTÓW AK12-WĘGIEL SZKLISTY

WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTU ZAWIESINOWEGO AlSi11/CZĄSTKI 1H18N9T

MECHANIKA KOROZJI DWUFAZOWEGO STOPU TYTANU W ŚRODOWISKU HCl. CORROSION OF TWO PHASE TI ALLOY IN HCl ENVIRONMENT

Rok akademicki: 2015/2016 Kod: EIB IB-s Punkty ECTS: 6. Kierunek: Inżynieria Biomedyczna Specjalność: Inżynieria biomateriałów

PL B1. Sposób wytwarzania kompozytów włóknistych z osnową polimerową, o podwyższonej odporności mechanicznej na zginanie

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 097

studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 1W, 1Ćw PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

KOMPOZYTY Al2O3-Si3N4w

MATERIAŁY POROWATE DO ZASTOSOWAŃ MEDYCZNYCH

OPTYMALIZACJA KOMPUTEROWA KONSTRUKCJI WYKONANYCH Z KOMPOZYTU GFRP

OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK132 NA PODSTAWIE METODY ATND.

KONSTRUKCYJNE MATERIAŁY KOMPOZYTOWE PRZEZNACZONE DO WYSOKOOBCIĄŻONYCH WĘZŁÓW TARCIA

ZASTOSOWANIE ANALOGII BIOLOGICZNEJ DO

WYTWARZANIE I WŁASNOŚCI SPIEKANYCH KOMPOZYTÓW STAL SZYBKOTNĄCA-WĘGLIK WC-MIEDŹ FOSFOROWA

**Katedra Chirurgii Zwierząt SGGW w Warszawie Streszczenie W pracy przedstawiono wyniki badań nad otrzymaniem polimerowo-ceramicznych endoprotez

Wpływ temperatury podłoża na właściwości powłok DLC osadzanych metodą rozpylania katod grafitowych łukiem impulsowym

Innowacyjne rozwiązanie materiałowe implantu stawu biodrowego Dr inż. Michał Tarnowski Prof. dr hab. inż. Tadeusz Wierzchoń

MATERIAŁOZNAWSTWO. dr hab. inż. Joanna Hucińska Katedra Inżynierii Materiałowej Pok. 128 (budynek Żelbetu )

a. Adres do korespondencji: Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków, ul. Reymonta 25

INŻYNIERIA BIOMATERIAŁOWA OWA

CHOOSEN PROPERTIES OF MULTIPLE RECYCLED PP/PS BLEND

KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD

SILUMIN NADEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

ZESZYTY NAUKOWE TOWARZYSTWA DOKTORANTÓW UJ NAUKI ŚCISŁE, NR 14 (1/2017), S

PL B1. Sposób otrzymywania nieorganicznego spoiwa odlewniczego na bazie szkła wodnego modyfikowanego nanocząstkami

Wykład IX: Odkształcenie materiałów - właściwości plastyczne

Nauka o Materiałach. Wykład IV. Polikryształy I. Jerzy Lis

Transkrypt:

KOMPOZYTY (COMPOSITES) 2(22)4 Jan Chłopek 1, Marta Błażewicz 2, Barbara Szaraniec 3 Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. Mickiewicza 3, 3-59 Kraków WPŁYW SZTUCZNEGO ŚRODOWISKA BIOLOGICZNEGO NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTÓW WĘGLOWO-FOSFORANOWYCH W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące wpływu sztucznego środowiska biologicznego na kompozyty węglowo- -fosforanowe. Zamieszczono mikrofotografie i mapy rozkładu pierwiastków na powierzchni kompozytów 2D otrzymanych różnymi metodami. Porównano ich właściwości mechaniczne przed i po 8-tygodniowej inkubacji w płynie izotonicznym. Korzystniejsze właściwości wykazują kompozyty dosycane powierzchniowo hydroksyapatytem, które w badanym okresie nie zmieniają swoich właściwości mechanicznych, wykazując działanie stymulujące dla wzrostu apatytu kostnego. W przypadku kompozytów z hydroksyapatytem wprowadzonym w całej objętości obserwuje się spadek wytrzymałości spowodowany powierzchniowymi ubytkami masy oraz obniżeniem przyczepności na granicy włókno-osnowa. INFLUENCE OF ARTIFICIAL BIOLOGICAL ENVIRONMENT ON MECHANICAL PROPERTIES OF CARBON-PHOSPHATE COMPOSITES This paper discusses the results of biological environment influence on the both mechanical and biological properties of the carbon-phosphate composites. These composites constitute a new group of materials that combine mechanical properties of carbon-carbon composites comparable to those of natural bone tissue and bioactivity of calcium phosphates (HAP). The composites were produced in two ways: by adding hydroxyapatite in volume at the initial technological stage and by surface impregnation of ready carbon-carbon composites with hydroxyapatite. Composites were incubated in isotonic solution at a temperature 37 C. Mechanical properties (bending strength, Young s modulus, ILSS) before and after incubation were compared (Fig. 2). There were no significant changes in mechanical properties for composites enriched in HAP at the surface. For composites with bulk addition of HAP it was observed decreasing of the bending strength and ILSS and increasing of Young s modulus (Fig. 3). It has been stated that the surface densificated CCHAP composites provide favourable conditions for the growth of bone apatite (Fig. 5). WSTĘP Liczne badania na zwierzętach oraz badania kliniczne wykazały, że materiały węglowe są dobrze tolerowane biologicznie i mogą być z powodzeniem stosowane jako implanty medyczne [1, 2]. Do tej pory znalazły one zastosowanie w postaci węgla szklistego, włóknin, plecionek węglowych, kompozytów węgiel-węgiel oraz kompozytów węgiel-polimer. W chirurgii kostnej szczególnie przydatne są kompozyty węglowe. Poprzez sterowanie rozmieszczeniem, orientacją oraz rodzajem stosowanych włókien możliwe jest uzyskanie kompozytów o zróżnicowanych parametrach mechanicznych. Zadowalająca wytrzymałość, niski moduł Younga, odpowiednia gęstość i porowatość przyczyniają się do uznania kompozytów węgiel-węgiel za obiecujący materiał, mogący stanowić rusztowanie dla odbudowy tkanki kostnej. Kompozyty C-C można zaliczyć do materiałów o biologicznym typie fiksacji, gdzie tkanka kostna wrasta w pory materiału, a złącze ma charakter mechaniczny [3]. Dalszej poprawy biozgodności i biofunkcyjności tych kompozytów można oczekiwać poprzez nadanie im cech materiałów bioaktywnych [4], tzn. materiałów zdolnych do tworzenia z tkanką kostną wysoko wytrzymałego, chemicznego połączenia zwanego złączem bioaktywnym [5]. Takie właściwości wykazują bioszkła, ceramika fosforanowa oraz szkło-ceramika [6, 7]. Stworzenie tego typu kompozycji może jednak w zasadniczy sposób zmienić właściwości mechaniczne i biologicznego kompozytów. Celem przedstawionej pracy było zbadanie trwałości tych kompozytów w warunkach in vitro. MATERIAŁY I METODY Materiałem bioaktywnym wprowadzanym do kompozytów węgiel-węgiel był hydroksyapatyt (HAP), będący fosforanem wapnia o wzorze Ca 1 (PO 4 ) 6 (OH) 2. Hydroksyapatyt wytworzono w Katedrze Ceramiki Ogniotrwałej, Szlachetnej i Technicznej WIMiC - AGH metodą mokrą z użyciem CaO i H 3 PO 4 jako surowców wyjściowych [8]. Prekursorem osnowy węglowej dla kompozytów węgiel-węgiel była żywica fenolowo-formaldehydowa. 1 dr hab. inż., 2 dr inż., 3 mgr inż.

164 J. Chłopek, M. Błażewicz, B. Szaraniec Kompozyty zwęglano w temperaturze 1 o C w atmosferze argonu. Zastosowano włókna węglowe średniomodułowe T3, które rozmieszczono w kompozycie jednokierunkowo (1D) oraz dwukierunkowo (2D). Różnicując sposób wprowadzenia hydroksyapatytu do kompozytu węgiel-węgiel, otrzymano dwa rodzaje kompozytów węglowo-fosforanowych różniących się między sobą mikrostrukturą i rozmieszczeniem hydroksyapatytu (tab. 1). TABELA 1. Sposoby otrzymywania kompozytów węglowo- -fosforanowych TABLE 1. Methods of obtaining of carbon-phosphate composites Oznaczenie kompozytu Sposób otrzymywania CC HAP pow. dosycanie gotowych kompozytów węgiel-węgiel mieszaniną prekursora osnowy węglowej z proszkiem hydroksyapatytowym, obróbka termiczna CC HAP obj. wprowadzanie hydroksapatytu do prekursora osnowy we wstępnym eta-pie otrzymywania kompozytu, obróbka termiczna Rozmieszczenie hydroksyapatytu skupiska ziaren HAP rozmieszczone w warstwie powierzchniowej osnowy węglowej pojedyncze ziarna HAP rozmieszczone w całej objętości pomiędzy włóknami Podczas zwęglania kompozytu hydroksyapatyt częściowo ulega rozkładowi i w kompozycie pojawiają się obok niego węglany oraz trójfosforan wapnia (TCP), czyniąc materiał bardziej aktywnym biologicznie [9]. Próbki kompozytowe poddano badaniom mechanicznym na maszynie wytrzymałościowej Zwick 1435, określając wytrzymałość na zginanie, moduł Younga oraz wytrzymałość na międzywarstwowe ścinanie (ILSS). Te same wielkości określano po przetrzymywaniu w płynie fizjologicznym. Badano także zmiany gęstości oraz porowatości otwartej tych materiałów, a za pomocą mikroskopii skaningowej połączonej z mikroanalizą rentgenowską badano proces narastania hydroksyapatytu na powierzchni kompozytów. implantacyjny wykazują podobne moduły Younga. Takie zbliżone warunki występują w przypadku kompozytów 2D. Dla kompozytów 1D oraz metalicznych i ceramicznych implantów różnice te są bardzo znaczne (stale stopowe - moduł Younga ok. 2 GP. Ważną cechą wyróżniającą kompozyt węglowo-fosforanowy w stosunku do czystego hydroksyapatytu jest praca zniszczenia, 4 5 razy wyższa dla kompozytów. Jest to spełnienie jednego z ważniejszych wymogów stosowania ceramicznych bioaktywnych implantów w chirurgii kostnej. 2D CCHAPpow. 2D CCHAPobj. 1D CCHAPpow. 1D CCHAPobj. kość HAP kość HAP 2D CCHAPpow. 2D CCHAPobj. 1D CCHAPpow. 1D CCHAPobj. 5 1 15 2 25 wytrzymałość na zginanie [MPa] 2 4 6 8 1 moduł Younga [GPa] Rys. 1. Wytrzymałość na zginanie, moduł Younga materiałów kompozytowych, hydroksyapatytu oraz kości Fig. 1. Bending strength, Young s modulus of composite materials, hydroxyapatite and bone BADANIA MECHANICZNE MATERIAŁÓW WYJŚCIOWYCH Na rysunkach 1a i b przedstawiono właściwości mechaniczne kompozytów węglowo-fosforanowych o różnej orientacji włókien w porównaniu do czystego hydroksyapatytu i kości. Otrzymane kompozyty znacznie przewyższają wytrzymałość kości, co jest zjawiskiem korzystnym z punktu widzenia zespoleń kostnych. Bardziej skomplikowana sytuacja występuje w przypadku modułów Younga. W celu prawidłowego rozkładu naprężeń pomiędzy kość i implant korzystne jest, gdy kość i materiał BADANIA IN VITRO Biorąc pod uwagę korzystne właściwości kompozytów 2D poddano je badaniom in vitro w płynie izotonicznym symulującym naturalne środowisko biologiczne. Po 8-tygodniowej inkubacji obserwowano dla kompozytu z hydroksyapatytem wprowadzonym objętościowo ok. 25% spadek wytrzymałości na zginanie i wzrost modułu Younga (rys. 2). Kompozyty dosycane powierzchniowo nie wykazują zmian zarówno wytrzymałości, jak i modułu Younga. Spadek wytrzymałości dla pierwszego typu kompozytu można powiązać zarówno ze wzrostem porowatości

Wpływ sztucznego środowiska biologicznego na właściwości mechaniczne... 165 otwartej, a tym samym spadkiem jego gęstości oraz z obserwowanym spadkiem wytrzymałości na międzywarstwowe ścinanie. Dla tego kompozytu wytrzymałość ta spada ok. 2%. Jak wynika z rysunków 3a i 3b, kompozyty dosycane powierzchniowo wykazują również spadek gęstości i większy wzrost porowatości, zmianie jednak nie ulega wytrzymałość na międzywarstwowe ścinanie. Potwierdza to, że dosycone powierzchniowo kompozyty blokują penetrację płynu wzdłuż granic rozdziału faz włókno-osnowa. Rozwarstwienia w tym przypadku są mniejsze niż dla kompozytów z hydroksyapatytem wprowadzonym objętościowo. Taki sam efekt obserwowano dla czystych kompozytów węgiel-węgiel, gdzie kompozyt dosycany fazą węglową wykazywał znacznie mniejszy spadek ILSS niż to miało miejsce dla kompozytów bez końcowego procesu dosycania [1]. Zdjęcia powierzchni takiego kompozytu przed i po przetrzymywaniu w płynie fizjologicznym przedstawia rysunek 4. Innym czynnikiem, mogącym mieć wpływ na trwałość kompozytów w środowisku biologicznym, jest możliwość narastania hydroksyapatytu na podłożach z kompozytów węglowo-fosforanowych. Proces ten silnie zależy od rozmieszczenia i gęstości występowania bioaktywnej fazy na powierzchni kompozytu. Jak pokazują rysunki 5a i 5b, gęste warstwy hydroksyapatytu tworzą się na powierzchni kompozytu dosycanego powierzchniowo hydroksyapatytem. W przypadku podłoża z kompozytu o objętościowym rozmieszczeniu hydroksyapatytu obserwuje się tylko pojedyncze skupiska. Tworzenie warstw apatytowych jest następstwem procesu częściowego rozpuszczania i wytrącania hydroksyapatytu w środowisku biologicznym. Obecność w tych skupiskach jonów wapnia i fosforu została potwierdzona mikroanalizą rentgenowską (rozkłady pierwiastków - rys. 5a i. 2 wytrzymałość [MPa] 2 15 1 5 8 CCHAP pow. CCHAP obj. gęstość [g/cm3] 1,5 1,5 tyg 8tyg 2Dpow. 2Dpow. czas [tydzień] 25 moduł Younga [GPa] 5 4 3 2 1 8 czas [tydzień] CCHAP pow. CCHAP obj. Rys. 2. Zmiany: wytrzymałości na zginanie, modułu Younga dla kompozytów węglowo-fosforanowych po 8 tygodniach inkubacji w płynie izotonicznym Fig. 2. Changes: of bending strength, Young s modulus of carbon- -phosphate composites after 8 weeks incubation in isotonic solution porowatość [%] 2 15 1 5 tyg 8tyg 2Dpow. 2Dpow. Rys. 3. Zmiany gęstości i porowatości kompozytów węglowo-fosforanowych po 8 tygodniach inkubacji w płynie izotonicznym Fig. 3. Changes of density and porosity of carbon-phosphate composites after 8 weeks incubation in isotonic solution Rys. 4. Zdjęcie powierzchni kompozytu węgiel-węgiel: wyjściowego, po przetrzymywaniu w płynie fizjologicznym Fig. 4. Microphotographs of the carbon-carbon composites: initial, after incubation in physiological solution

166 J. Chłopek, M. Błażewicz, B. Szaraniec Uzyskane wyniki wskazują, że kompozyty węglowofosforanowe o podwyższonej wytrzymałości i zbliżonym do kości module Younga mogą spełniać rolę implantów konstrukcyjnych zdolnych z jednej strony do przenoszenia naprężeń, z drugiej do tworzenia mocnej więzi o Praca finansowana przez KBN (grant nr 7 T8D 29 17). LITERATURA [1] Błażewicz M., Carbon materials in the treatment of soft and hard tissue injuries, European Cells and Materials 21, 2, Rys. 5. Zdjęcia powierzchni i mapy rozkładu pierwiastków na powierzchni kompozytów: CCHAPpow., CCHAPobj. po 8 tygodniach inkubacji w płynie izotonicznym Fig. 5. Microphotographs and maps of elements distribution at the composites surfaces: CCHAPpow., CCHAPobj. after 8 weeks incubation in isotonic solution charakterze chemicznym. WNIOSKI 1. Sposób rozmieszczenia bioaktywnej fazy ceramicznej decyduje o właściwościach mechanicznych i biologicznych kompozytów węglowo-fosforanowych. 2. Kompozyty z hydroksyapatytem rozmieszczonym powierzchniowo wykazują stabilne właściwości mechaniczne. 3. Kompozyty z hydroksyapatytem rozmieszczonym w całej objętości po przetrzymywaniu w płynach fizjologicznych wykazują spadek wytrzymałości. Wiąże się to zarówno ze wzrostem porowatości otwartej, jak i ze spadkiem wytrzymałości granicy faz włókno-osnowa. 4. Najkorzystniejsze warunki dla wzrostu apatytu kostnego występują na podłożu z kompozytu węglowofosforano-wego dosycanego powierzchniowo. 21-29. [2] Chłopek J., Błażewicz M., Pamuła E., Kuś W.M., Staszków E., Carbon fibres-based composites for the treatment of hard tissue injuries, An International Conference on Carbon, Carbon 21, Lexington 21. [3] Lewandowska M., Komander J., Chłopek J., Interaction between Carbon Composites and Bone after Interabone Implantation, Journal of Biomedical Materials Research 1999, 3, 289-296. [4] Błażewicz M., Ślósarczyk A., Chłopek J., Szaraniec B., Carbon- phosphate composites for bone surgery, Tenth International Conference on Biomedical Engineering, Singapore 2. [5] Hench L.L., Biomaterials a forecast for the future, Biomaterials 1998, 19, 1419-1423. [6] Ducheyne P., Qiu Q., Bioactive ceramics: the effect of surface reactivity on bone formation and bone cell function, Biomaterials 1999, 2, 2287-233.

Wpływ sztucznego środowiska biologicznego na właściwości mechaniczne... 167 [7] Łączka M., Materiały ceramiczne w medycynie, Inżynieria Biomateriałów 1998, 4. [8] Ślósarczyk A., Bioceramika hydroksyapatytowa, Ceramika 51, Polski Biuletyn Ceramiczny nr 13, Kraków 1997. [9] Chłopek J., Błażewicz M., Szaraniec B., Kompozyty bioaktywne, Acta of Bioengineering and Biomechanics 21, 3, 1. [1] Chłopek J., Kompozyty węgiel-węgiel, Otrzymywanie i zastosowanie w medycynie, Ceramika 52, Polski Biuletyn Ceramiczny nr 14, Kraków 1997. Recenzent Stefan Wojciechowski