16397

16397

تعيين خواص شكست بيونانوكامپوزيت سيمان استخواني - نانوهيدروكسي آپاتيت

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي - بيومكانيك

دي 1395

دكتر مجيدرضا آيت اللهي

مكانيك

سيمانهاي استخواني اكريليكي در ارتوپدي و آرتوپلاستي به طور گسترده براي پركردن فضاي خالي بين ايمپلنت و استخوان به كار مي‌روند. هر چند عدم زيست سازگاري كافي اين سيمان‌ها با بافت‌هاي بدن و توليد دماي بالا در حين فرآيند بسپارش موجب بروز مشكلاتي براي بيمار مي‌شود. در اين‌ راستا، اضافه كردن برخي از مواد به عنوان فاز ثانويه مانند سراميك زيستي هيدروكسي‌آپاتيت به سيمان‌ استخواني به عنوان راهي مؤثر براي رفع اين مشكلات شناخته شده‌است. هيدروكسي‌آپاتيت نه تنها باعث بهبود زيست سازگاري سيمان مي‌شود، بلكه بيشينه دماي پخت آن را نيز به طور قابل ملاحظه اي كاهش مي دهد. خواص مكانيكي سيمان استخواني اكريليكي در كاربرد اصلي آن، انتقال و پخش نيرو از ايمپلنت به استخوان، از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. پژوهشگران ثابت كرده‌اندكه هيدروكسي‌آپاتيت به عنوان فاز تقويت كننده قادر است خواصي مانند استحكام و مدول الاستيسيته فشاري و سختي سيمان را بهبود بخشد. چقرمگي شكست خاصيت مكانيكي ديگري است كه مقاومت ماده در مقابل رشد ترك را توصيف مي‌كند. محققان بسياري اثر افزودن هيدروكسي آپاتيت را بر مودI چقرمگي شكست بررسي كرده‌اند. با اين وجود، به دليل آن‌كه نيروهاي ناشي از وزن بدن كه به استخوان‌ها وارد مي‌شود تركيبي از نيروهاي كششي، فشاري و برشي است، صرفا در نظر گرفتن نيروهاي كششي براي بررسي مقاومت سيمان در برابر رشد ترك كافي به نظر نمي‌رسد. در پژوهش حاضر نقش درصدهاي وزني مختلف نانوذرات هيدروكسي آپاتيت در چقرمگي شكست سيمان استخواني اكريليكي در مودهاي تركيبي I و II بررسي شده‌است. نتايج به دست آمده نشان مي‌دهد اين سراميك زيستي در همه موارد و در همه مودهاي شكست باعث كاهش چقرمگي شكست سيمان استخواني مي‌شود. همچنين نتايج به دست آمده از آزمايش با نتايج پيش بيني شده توسط برخي از معيارهاي شكست مقايسه شده‌است. اين بررسي نشان مي دهد معيار GMTS نسبت به معيار MTS مطابقت بهتري با نتايج تجربي دارد. واژگان كليدي : سيمان استخواني اكريليكي، هيدروكسي آپاتيت، چقرمگي شكست در مودهاي شكست I و II، معيارهاي شكست MTS و GMTS

1395/11/04

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract Acrylic bone cements are widely used in orthopedics an​d arthoplasty in order to fill the cavity between the implant an​d bone. However, lack of adequate biocompatibility of these cements with body tissues an​d extensive heat generated during the polymerization may lead to some complications for the patients. In this regard, incorporating some additive materials, such as hydroxyapatite, as an secondary phase into the bone cements has been recognized as an effective solution for this problem. Not only does the hydroxyapatite enhance the biocompatibility, but it also reduces the maximum curing temperature significantly. Mechanical properties of acrylic bone cement in its main application, that is transferring an​d distributing the in vivo loads from implants to bones, is of utmost importance. Researchers have proved that hydroxyapatite as a reinforcing phase is capable of improving some mechanical properties like compressive strength an​d modulus an​d hardness. Fracture toughness is another mechanical property which describes the resistance of a material to crack growth under static loading. Many researchers have investigated the effect of hydroxyapatite on mode I fracture toughness. Nevertheless, since in vivo stress state to which bones are subjected is a combination of tensile an​d shear (mixed mode) loading condition, considering merely tensile loading to study fracture resistance of PMMA/HA nano-composite seems to be inadequate. The aim of this paper was to eva​luate the effects of HA nano-particles on the mixed mode fracture toughness of acrylic bone cements. It was found that adding this bioceramic results in a decreases in the fracture toughness of bone cement in all fracture modes. Moreover, the experimental results were compared to the conventional MTS an​d generalized MTS criteria. This comparison showed that the generalized MTS criterion could provide better estimations for experimental results. Keywords: Acrylic Bone Cement, Hydroxyapatite, Mixed Mode I/II Fracture Toughness, MTS an​d GMTS Fracture Criteria.