Preliminary results of surgical cement modification with glassy carbon

• Authors: Alicja Balin
• Languages of publication: EN

Abstracts

EN

An attempt has been undertaken in this study to physically modify surgical cement based on polymethyl-methacrylate (PMMA) with glassy carbon in order to improve functional properties of the cement. It has been demonstrated that it is possible to reduce shrinkage and maximum temperature of the polymerizable system by adding powdered glassy carbon to surgical cement. The obtained polymer composite with glassy carbon has retained the properties of a viscoelastic material. Low-cycle fatigue tests have shown that cement modification with glassy carbon particles reduced its susceptibility to cyclic creep. The evidence for this is a minor change of the dynamic elasticity modulus of the modified cement with a simultaneously increasing number of load cycles. Through an appropriate selection of components, the PMMA - glassy carbon composite can achieve satisfactory durability, highly desirable by surgeons.

PL

W pracy podjęto próbę modyfikacji fizycznej cementu chirurgicznego na bazie polimetakrylanu metylu (PMMA) węglem szklistym w celu poprawy jego właąciwości użytkowych. Wykazano, że poprzez dodanie do cementu proszku węgla szklistego jest możliwe obniżenie skurczu oraz maksymalnej temperatury układu polimeryzującego. Utworzony kompozyt polimerowy z węglem szklistym zachował cechy materiału lepkosprężystego. Badania zmęczeniowe niskocyklowe wykazaly, że modyfikacja cementu cząstkami węgla szklistego zmniejszyła jego skłonność do cyklicz-nego pełzania. Dowodem tego jest mała zmiana dynamicznego modułu sprężystości modyfikowanego cementu ze wzrostem liczby cykli obciążeń. Poprzez odpowiedni dobór komponentów kompozyt PMMA - węgiel szklisty - może osiągnąć zadowalającą oczekiwaną przez chirurgów trwałość.

Keywords

EN

surgical cement; glassy carbon; polymer composites; low cycle fatigue; polymerization temperature; linear shrinkage

PL

cement chirurgiczny; węgiel szklisty; kompozyty polimerowe; zmęczenie niskocyklowe; temperatura polimeryzacji; liniowy skurcz

• Publisher: Versita
• Journal: Physiotherapy
• Year: 2008
• Volume: 16
• Issue: 2
• Pages: 63-69

Dates

published

1 - 4 - 2008

online

13 - 3 - 2010

Contributors

author

Alicja Balin

• Department of Materials Mechanics, Silesian University of Technology

References

• Marciniak J. Biomaterialy. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002.
• Kühn K-D. Bone Cements. Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg 2000.
• Polesiński Z., Karaś J. Cementy kostne i stomatolo-giczne, [w:] M. Nalęcz (red.) Biocybernetyka i inżynie-ria biomedyczna 2000 t. 4, Biomaterialy (red. Blaże-wicz S. W., Stoch L.). Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2003, 179-209.
• Lukaszczyk J. Polimerowe i kompozytowe cementy kostne oraz materialy pokrewne. Polimery, 2004, 49, 2, 79-88.
• Balin A. Materialowo uwarunkowane procesy adaptacyjne i trwalość cementów stosowanych w chirurgii kostnej. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, 1610, Hutnictwo, 69, Gliwice 2004.
• Balin A., Toborek J. Metody ksztaltowania i oceny wlaściwości użytkowych cementów chirurgicznych. Inz. Mat., 2007, 2, 83-90.
• Lu Z., Mc Kellop H. Effects of cement creep on stem subsidence and stresses in the cement mantle of a total hip replacement. Journal of Biomedical Materials Research, 1997, 34, 221-226.
• Verdonschot N., Huiskes R. Subsidence of THA stems due to acrylic cement creep is extremely sensitive to interface friction. J. Biomechanics, 1996, 29, 12, 1569-1575.
• Graham J., Pruitt L., Ries M., Gundian N. Fracture and Fatigue Properties of Acrylic Bone Cement. The Journal of Arthroplasty, 2000, 15, 8, 1028-1035.[Crossref]
• Balin A., Myalski J., Pucka G., Toborek J. Wplyw domieszki materialu ceramicznego na wlaściwości fizykochemiczne cementu chirurgicznego. Polimery, 2006, 51, 11-12, 852-858.
• Thanner J., Freij-Larsson Ch., Karrholm J., Malchau H., Wesslen B. Evaluation of Boneloc. Chemical and mechanical properties, and randomized clinical study of 30 total hip arthroplasties. Acta Orthop. Scand., 1995, 66, 3, 207-214.[PubMed][Crossref]
• Von Grabowski M. T. W., Mittelmeier H. Aktualne możliwości i perspektywy wykorzystania tworzywa węglo-wego w chirurgii urazowo-ortopedycznej z uwzględnie-niem osteosyntezy trzonów kości dlugich. Chir. Narz. Ruchu Ortop. Pol., 1994, 59, supl. 2, 34-39.
• Blażewicz S., Chlopek J., Blażewicz M., Pamula E. Biomaterialy węglowe i kompozytowe. W monografii: Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000 (red. Nalęcz M.), t. 4, Biomaterialy (red. Blażewicz S. W., Stoch L.). Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2003, 331-423.
• Fitzer E. From polymers to polymeric carbon - a way to synthesize a large variety of new materials. Pure & Appl. Chem., vol. 52, Pergamon Press Ltd. 1980. Printed in Great Britain, 1865-1882.
• Tarvainen V. T., Tunturi T. O., Paronen I., Lauslahti K. R., Lehtinen E. T., Rokkanen P. U., Rautavuori J., Törmälä P., Pätiälä H. V. Glassy carbon implant as a bone graft substitute: an experimental study on rabbits. Clin. Mater., 1994, 17, 2, 93-98.[PubMed][Crossref]
• Tarvainen T., Pätiälä H., Tunturi T., Paronen I., Lauslahti K., Rokkanen P. Bone growth into glassy carbon implants. A rabbit experiment. Acta Orthop. Scand., 1985, 56, 1, 63-66.[Crossref][PubMed]
• Balin A., Myalski J., Pucka G., Toborek J. Wplyw domieszki węgla szklistego na wlaściwości fizykochemiczne cementu chirurgicznego. Materialy Polimero-we Pomerania-Plast 2004. Streszczenia. Politechnika Szczecińska, Szczecin-Międzyzdroje 2004, 47-49.
• Balin A., Ziemba S., Plaza M., Myalski J., Toborek J. Wplyw domieszek w cemencie chirurgicznym na skurcz i temperaturę ukladu polimeryzującego. Czaso-pismo Techniczne, Mechanika z. 6-M/2006, Wydawni-ctwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2006, 17-20.
• Balin A., Ziemba S., Plaza M., Myalski J., Toborek J. Examination of heat flow in a model of the biomechanical prosthesis-cement-bone system. Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej, 26, Biomechanika'06, Gliwice 2006, 29-34.
• Balin A., Junak G. Low-cycle fatigue of surgical cements. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, January-February 2007. 20, 1-2, 211-214.
• Balin A., Junak G. Investigation of Cyclic Creep of Surgical Cements. Archives of Materials Science and Engineering, 2007, 28, 5, 281-284.
• Balin A., Junak G., Sozańska M., Kolczyk E., Toborek J. Wplyw domieszek na zachowanie się cementu chirurgicznego w warunkach obciążeń zmiennych. Inżynieria Biomaterialów, 2007, 65-66, 8-10.

Identifiers

DOI

10.2478/v10109-009-0022-y