Vliv tělních tekutin na tuhnutí, strukturu a mechanické vlastnosti fosfátových kostních cementů

Předložená diplomová práce se zabývá přípravou a charakterizací vzorků z kompozitního kostního cementu na bázi fosforečnanu vápenatého (CPC). V teoretické části jsou popsány vlastnosti a struktura fosforečnanů vápenatých, včetně jejich interakce s tělním prostředím. Experimentální část nejdříve popisuje stanovení optimální techniky přípravy vzorků pomocí experimentů prováděných v ultračisté vodě. Optimální technika pro vytvrzování zahrnuje použití formy z paměťové pěny, ukončení vytvrzovacích reakcí pomocí absolutního chladného etanolu a sušení vzorků ve vakuové sušárně. Následně je v práci popsána příprava vzorků a proces vytvrzování CPC jak v přirozeném (prasečí krev), tak v prostředí simulovaných tělních tekutin (fyziologický roztok, Hankův a Ringerův roztok). Byla provedena morfologická studie pomocí skenovací elektronové mikroskopie (SEM) pro vzorky vytvrzené 1 den, 1 týden, 2 týdny a 1 měsíc kvůli očekávané významné změně v jejich krystalické struktuře, která byla taktéž zkoumána pomocí rentgenové difrakce (XRD), stanovující přeměnu -fosforečnanu vápenatého na kalcium deficitní hydroxyapatit (CDHA). Porozita vzorků byla zkoumána rentgenovou mikrotomografií (-CT) a vzorky vytvrzené v krvi vykazovaly mírně vyšší porozitu. Mechanické vlastnosti CPC vzorků byly zkoumány pomocí mechanických kompresních testů. Výsledky testů ukázaly stabilní pevnost cementových vzorků vytvrzených ve fyziologickém roztoku už po jednom dni vytvrzování, zatímco vzorky vytvrzené v krvi vykazovaly nárůst pevností dokonce i po jednom měsíci vytvrzování. Naopak pevnost vzorků vytvrzených jak v Hankově, tak v Ringerově roztoku rychle klesla po 2 týdnech vytvrzování pravděpodobně důsledkem mírně kyselého pH vytvrzovacích roztoků, které urychluje rozpad CPC vzorků. Výsledky práce ukazují významný vliv vytvrzovacích prostředí na vlastnosti CPC kostních cementů. Vzorky vytvrzené v krvi oproti vzorkům vytvrzených v umělé tělní plazmě vykázaly lepší vlastnosti, protože krev imituje in vivo podmín
Presented diploma thesis describes the preparation and characterization of composite calcium-phosphate bone cements (CPCs). In the literature review properties and structure of tricalcium phosphates (TCPs) are described, including their interaction with body environment. In the experimental work, first of all, sample preparation technique was determined by experiments with setting reactions provided in ultrapure water environment. Optimal technique of setting CPC samples included memory foam setting mold, ending setting reactions by absolute cold ethanol and vacuum drying procedures. Consequently, the work describes the sample preparation and process of TCP bone cement setting in both natural (pig blood) and simulated body fluids (physiological, Hank´s and Ringer´s solutions). Morphology study by Scanning Electron Microscopy (SEM) was performed for samples set for 1 day, 1 week, 2 weeks and 1 month, due to the significant change in crystalline structure proving as well by X-ray diffraction (XRD) analysis by determining -TCP conversion to calcium-deficient hydroxyapatite (CDHA). Porosity investigated by X-ray computed microtomography (-CT) was slightly higher at sample set in natural blood. Mechanical properties of CPC samples measured by mechanical compression tests showed stable cement strength set in physiological solution already after 1 day while cements set in blood has shown still increasing strength even at 1 month. On contrary, strength of cement samples rapidly decreased after 2 weeks of setting in both Hank´s and Ringer´s solutions probably due to its slightly acidic pH accelerating CPC disintegration. As a result, setting environment has significant effect on resulting CPC properties and natural blood in comparison to simulated plasma had shown better CPC properties while more closely imitating the in vivo conditions.