Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Cơ chế gãy và tính chất cơ học của các thanh composite sandwich HA/PLCL và HA/PLLA xốp
Tóm tắt
Trước đây, chúng tôi đã phát triển một loại thanh sandwich composite xốp hydroxyapatite/poly L-lactic-co-caprolactone (HA/PLCL) mới như một loại vật liệu khung mới cho việc tái tạo xương. Công trình này trình bày việc nghiên cứu cơ chế gãy uốn và vi hư hại của thanh composite sandwich hydroxyapatite/poly L-lactic-acid (HA/PLLA), so với thanh sandwich HA/PLCL đã phát triển trước đó. Cả hai thanh đều được chế tạo bằng phương pháp sandwich trong đó các thanh composite xốp đơn được xếp lớp giữa hai lớp polymer xốp cùng loại. Các thử nghiệm uốn ba điểm được thực hiện để đánh giá các tính chất cơ học của chúng, và vi cấu trúc cùng với các cơ chế hư hại của chúng được khảo sát bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ (FE-SEM). Cấu trúc tinh thể và tính chất nhiệt của chúng được phân tích bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR), phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) và đo nhiệt quét vi sai (DSC). Vi hư hại và cơ chế gãy sau đó được đặc trưng bởi sự hình thành khe nứt theo từng bước. Kết quả cho thấy thanh composite HA/PLLA có tính chất cơ học cao hơn so với thanh HA/PLCL, do độ cứng cao hơn của polymer PLLA. Lớp PLCL cho thấy sự gãy dẻo rộng, với các dải PLCL kéo dài, trong khi bề mặt gãy quan sát trên lớp PLLA có mô hình gãy giòn tương đối với một số lỗ polymer vẫn còn nhìn thấy. Ba giai đoạn hư hại được quan sát trên cả hai thanh với các vị trí khởi phát nứt khác nhau, cho thấy rằng các vật liệu polymer khác nhau có ảnh hưởng đến hành vi gãy của mỗi thanh.
Từ khóa
#HA/PLCL #HA/PLLA #vi hư hại #cơ chế gãy #tính chất cơ học #composite xốp #tái tạo xươngTài liệu tham khảo
Zhao R, Yang R, Cooper PR, Khurshid Z, Shavandi A, Ratnayake J. Bone grafts and substitutes in dentistry: a review of current trends and developments. Molecules. 2021;26(10) https://doi.org/10.3390/molecules26103007.
Wang W, Yeung KWK. Bone grafts and biomaterials substitutes for bone defect repair: a review. Bioactive Material. 2017;2(4):224–47. https://doi.org/10.1016/J.BIOACTMAT.2017.05.007.
Aziz NA. Bone grafts and bone substitutes: basic science and clinical applications. National University of Singapore, Singapore: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.; 2005.
Liu Y, Lim J, Teoh S-H. Review: Development of clinically relevant scaffolds for vascularized bone tissue engineering. Biotechnol Adv. 2013;31(5):688–705. https://doi.org/10.1016/J.BIOTECHADV.2012.10.003.
Ramesh N, Moratti SC, Dias GJ. Hydroxyapatite–polymer biocomposites for bone regeneration: a review of current trends. J Biomed Mater Res (B) Appl Biomater. 2018;106(5):2046–57. https://doi.org/10.1002/jbm.b.33950.
Jeong J, Kim JH, Shim JH, Hwang NS, Heo CY. Bioactive calcium phosphate materials and applications in bone regeneration. Biomater Res. 2019;23(1):4. https://doi.org/10.1186/s40824-018-0149-3.
Bal Z, Kaito T, Korkusuz F, Yoshikawa H. Bone regeneration with hydroxyapatite-based biomaterials. Emergent Mater. 2020;3(4):521–44. https://doi.org/10.1007/s42247-019-00063-3.
Rebelo R, Fernandes M, Fangueiro R. Biopolymers in medical implants: a brief review. Procedia Eng. 2017;200:236–43. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.07.034.
Filippi M, Born G, Chaaban M, Scherberich A. Natural polymeric scaffolds in bone regeneration. Front Bioeng Biotechnol. 2020;8 https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.00474.
Zhu T, Cui Y, Zhang M, Zhao D, Liu G, Ding J. Engineered three-dimensional scaffolds for enhanced bone regeneration in osteonecrosis. Bioact Mater. 2020;5(3):584–601. https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2020.04.008.
Cao S, Zhao Y, Hu Y, Zou L, Chen J. New perspectives: in-situ tissue engineering for bone repair scaffold. Compos (B) Eng. 2020;202:108445. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.108445.
Roseti L, et al. Scaffolds for bone tissue engineering: state of the art and new perspectives. Mater Sci Eng C. 2017;78:1246–62. https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.05.017.
Arahira T, Todo M. Development of novel collagen scaffolds with different bioceramic particles for bone tissue engineering. Compos Comm. 2019;16:30–2. https://doi.org/10.1016/j.coco.2019.08.012.
Fernández J, Etxeberria A, Sarasua JR. Synthesis, structure and properties of poly(L-lactide-co-ε-caprolactone) statistical copolymers. J Mech Behav Biomed Mater. 2012;9:100–12. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2012.01.003.
Mouriño V, Boccaccini AR. Bone tissue engineering therapeutics: controlled drug delivery in three-dimensional scaffolds. J R Soc Interface. 2010;7(43):209–27. https://doi.org/10.1098/rsif.2009.0379.
Azevedo MC, Reis RL, Claase MB, Grijpma DW, Feijen J. A L S I N M E D I C I N E 1 4 ( 2 0 0 3 ) 1 0 3 ± 1 0 7Development and properties of polycaprolactone/ hydroxyapatite composite biomaterials. Mater Med. 2003;4:103–7.
Burg KJL, Porter S, Kellam JF. Biomaterial developments for bone tissue engineering. Biomaterials. 2000;21(23):2347–59. https://doi.org/10.1016/S0142-9612(00)00102-2.
Hazwani F, Todo M. Deformation mechanism of porous composite sandwich beam for orthopaedical application under three-point bending. Compos Struct. 2022;281:114983. https://doi.org/10.1016/J.COMPSTRUCT.2021.114983.
Todo M, Yos P, Arahira T, Myoui A. Development and characterization of porous hydroxyapatite scaffolds reinforced with polymeric secondary phase for bone tissue engineering. Biomater Tissue Technol. 2018;2(1):1–8.
Boulanouar A, Rahmouni A, Boukalouch M, Samaouali A, Géraud Y, Harnafi M, Sebbani J. Determination of thermal conductivity and porosity of building stone from ultrasonic velocity measurements. Geomaterials. 2013;3(4) https://doi.org/10.4236/gm.2013.34018.
He Y, Gao ZF, Xin Y, Yu Y, Li SM, Fan ZY. Crystallization behavior of poly(L-lactide). Gaodeng Xuexiao Huaxue Xuebao/Chem J Chin Univ. 2006;27(4):745–8.
Pyda M, Bopp RC, Wunderlich B. Heat capacity of poly (lactic acid). J Chem Thermodyn. 2004;36(9):731–42. https://doi.org/10.1016/j.jct.2004.05.003.
Gilding DK, Reed AM. Biodegradable polymers for use in surgery-polyglycolic/poly (lactic acid) homo- and copolymers: 1. Polymer (Guildf). 1979;20(12):1459–64. https://doi.org/10.1016/0032-3861(79)90009-0.
Wang L, Jing X, Cheng H, Hu X, Yang L, Huang Y. Blends of linear and long-chain branched poly (l -lactide) with high melt strength and fast crystallization rate. Ind Eng Chem Res. 2012;51(30):10088–99. https://doi.org/10.1021/ie300526u.
Han SM, Benaroya H, Wei T. Dynamics of transversely vibrating beams using four engineering theories. J Sound Vib, Acad Press. 1999;225(5):935. https://doi.org/10.1006/jsvi.1999.2257.
Hazwani F, Todo M. Characterization of bending behavior of hydroxyapatite / biopolymer porous composite beams, Composites. Communications. 2021;25:100747. https://doi.org/10.1016/j.coco.2021.100747.
Zhang J, Yin HM, Hsiao BS, Zhong GJ, Li ZM. Biodegradable poly (lactic acid)/hydroxyl apatite 3D porous scaffolds using high-pressure molding and salt leaching. J Mater Sci. 2014;49(4):1648–58. https://doi.org/10.1007/s10853-013-7848-x.
Gong M, Zhao Q, Dai L, Li Y, Jiang T. Fabrication of polylactic acid/hydroxyapatite/graphene oxide composite and their thermal stability, hydrophobic and mechanical properties. J Asian Ceramic Soc. 2017;5(2):160–8. https://doi.org/10.1016/j.jascer.2017.04.001.
Hrubovčáková M, Kupková M, Džupon M, Giretová M, Medvecký L, Džunda R. Biodegradable polylactic acid and polylactic acid/hydroxyapatite coated iron foams for bone replacement materials. Int J Electrochem Sci. 2017;12(12):11122–36. https://doi.org/10.20964/2017.12.53.
Athanasoulia IGI, Christoforidis MN, Korres DM, Tarantili PA. The effect of hydroxyapatite nanoparticles on crystallization and thermomechanical properties of PLLA matrix. Pure Appl Chem. 2017;89(1):125–40. https://doi.org/10.1515/pac-2016-0912.
Battegazzore D, Bocchini S, Frache A. Crystallization kinetics of poly (lactic acid)-talc composites. Express Polym Lett. 2011;5(10):849–58. https://doi.org/10.3144/expresspolymlett.2011.84.
Du Y, Wu T, Yan N, Kortschot MT, Farnood R. Fabrication and characterization of fully biodegradable natural fiber-reinforced poly (lactic acid) composites. Compos Part B Eng. 2014;56:717–23. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.09.012.
Liu Z, Chen Y, Ding W, Zhang C. Filling behavior, morphology evolution and crystallization behavior of microinjection molded poly (lactic acid)/hydroxyapatite nanocomposites. Compos Part A Appl Sci Manuf. 2015;72:85–95. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2015.02.002.
Jandas PJ, Mohanty S, Nayak SK. Cold crystallization kinetics of biodegradable polymer blend; controlled by reactive interactable and nano nucleating agent. Adv Compos Hybrid Mater. 2018;1:624–34.
Liu X, Wang T, Chow LC, Yang M, Mitchell JW. Effects of inorganic fillers on the thermal and mechanical properties of poly (lactic acid). Int J Polymer Sci. 2014;2014 https://doi.org/10.1155/2014/827028.
Kim HW, Knowles JC, Kim HE. Hydroxyapatite porous scaffold engineered with biological polymer hybrid coating for antibiotic vancomycin release. J Mater Sci Mater Med. 2005;16:189–95.
Ramay HR, Zhang M. Preparation of porous hydroxyapatite scaffolds by combination of the gel-casting and polymer sponge methods. Biomaterials. 2003;24:3293–302.