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Long bone fractures are fixed with bone plates to restrain movement of bone fragments. Fracture site must experience some pressure for proper healing. Bone plates are mostly made up of metals having 5 - 10 times higher elastic modulus than bones and most of the load is carried by them, leading to stress shielding and a bony tissue with low mineral density and strength. To avoid these problems, biodegradable polymer-based composite plates were designed and tested in this study. Poly(L-lactide) and Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) biodegradable polymer composite fibers containing hydroxyapatite (HAP) nanoparticles were produced by extrusion and spinning techniques to reinforce the polymeric bone plates. The composite fibers were expected to mimic the natural organization of bone so that HAP nanorods aligned parallel to the loading axis of bone plate. Also, lactic acid was grafted on HAP surfaces and had a positive effect on the mechanical properties of the PLLA composites. A 50% (w/w) HAP nanoparticle content was found to increase tensile modulus value (4.12 GPa) ca. 2.35 times compared to the pure polymeric fiber with a reduction to one third of the original UTS (to 50.4 MPa). The fibers prepared were introduced to polymeric plates with their long axes parallel. Fiber reinforced bone plates were compression tested longitudinally and up to a 4% increase in the Young&rsquo / s Modulus was observed. Although this increase was not high was not high probably due to the low fiber content in the final plates, this approach was found to be promising for the production of biodegradable polymeric bone plates with mechanical values closer to that of cortical bones. Biological compatibility of fibers was validated with in vitro testing. The osteoblasts attached and spread on the fibers indicating that bone fractures fixed with these could attract of bone forming osteoblasts into defect area and help speed up healing.

Submitted by LEANDRO BENETTI DE OLIVEIRA null (le_benetti@yahoo.com.br) on 2016-08-30T13:45:31Z No. of bitstreams: 1 TESE - Leandro Benetti de Oliveira.pdf: 2195790 bytes, checksum: 21bf2ac77d2bdf1976aedf77850b0e7f (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-08-31T13:10:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 oliveira_lb_dr_arafo.pdf: 2195790 bytes, checksum: 21bf2ac77d2bdf1976aedf77850b0e7f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-31T13:10:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 oliveira_lb_dr_arafo.pdf: 2195790 bytes, checksum: 21bf2ac77d2bdf1976aedf77850b0e7f (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / Este estudo avaliou a resistência ao deslocamento vertical de seis métodos de fixação interna estáveis utilizados na osteotomia sagital do ramo mandibular (OSRM) no movimento de avanço mandibular com rotação anti-horária. Foram utilizadas sessenta hemimandíbulas sintéticas, divididas em seis grupos de 10 hemimandíbulas, todas fixadas com sistema de fixação 2,0 mm da seguinte forma: Grupo I - 1 miniplaca reta de quatro furos e quatro parafusos monocorticais de 6,0 mm; Grupo II – 1 miniplaca reta de seis furos e seis parafusos monocorticais de 6,0 mm; Grupo III - 2 miniplacas retas de quatro furos e oito parafusos monocorticais de 6,0 mm; Grupo IV - 1 placa grade de oito furos e oito parafusos monocorticais de 6,0 mm; Grupo V - 1 miniplaca reta de quatro furos com quatro parafusos monocorticais de 6,0 mm e um parafuso bicortical 2,0 x 12 mm; Grupo VI – 1 miniplaca reta de quatro furos, locking e quatro parafusos monocorticais de 6,0 mm locking. O teste mecânico foi realizado por meio da aplicação de uma força linear na região entre o primeiro pré-molar e canino, em uma máquina de ensaios mecânicos (EMIC- DL2000) com célula de carga de 10 kilogramas Newton (kN). As cargas para o deslocamento de 1, 3 e 5 mm foram registados em Newton (N) e os dados foram transmitidos para um computador. Os resultados foram avaliados utilizando a análise de variância ANOVA (p <0,001) e teste de Tukey para comparação entre os grupos. O sistema de fixação testado nas três condições de deslocamento mostrou que os grupos com duas miniplacas retas de 2,0 mm e placa grade apresentaram valores de carga mais elevados. / This study evaluated the resistance to vertical displacement of six stable fixation methods for the sagittal split ramus osteotomy (SSRO) in the mandibular advancement with counterclockwise rotation. Sixty synthetic hemimandibles were used. They were divided into six groups of 10 hemimandibles, all hemimandibles were fixed with 2.0 mm system as follows: Group I – fixation with a straight four-hole miniplate and four monocortical screws 6.0 mm; Group II – a straight six-hole miniplate and six monocortical screws 6.0 mm; Group III – two straight four-hole miniplates and eight monocortical screws 6.0 mm; Group IV – an eight-hole (grid plate) and eight monocortical screws 6.0 mm; Group V – a four-hole straight miniplate with four monocortical screws 6.0 mm and 2.0 x 12 mm bicortical screw; Group VI – a straight four-hole locking miniplate and four monocortical screws locking 6.0 mm. Biomechanical evaluation was performed by applying a linear force in the region between the canine and first premolar, using a mechanical testing machine (EMIC- DL2000) with loading cell of 10 kN. The loads at 1, 3 and 5 mm of displacement were recorded in N and the data were transmitted from the load cell to a computer. Results were analyzed using the variance analysis ANOVA (p < 0.001) and Tukey post-test for comparison between the groups. For the three displacement conditions fixation with two straight 2.0 mm plates and with the grid plate presented higher load values.

O objetivo deste trabalho foi avaliar comparativamente a rigidez vertical, horizontal e de resistência à ruptura, com liberdade de movimentos em três eixos no espaço, de mandíbulas fixadas com sistemas 2,0-mm locking e convencionais com uma ou duas placas, em fraturas unilaterais no ângulo mandibular. Vinte mandíbulas de cordeiro, submetidas a osteotomia reproduzindo fraturas, foram divididas em três grupos: F1PC - placa convencional em linha oblíqua; F2PC - duas placas convencionais de modo monoplanar; FL - placa de sistema locking 2,0mm em linha oblíqua. Foi utilizada máquina de ensaio universal, onde foi acoplado suporte metálico com rodas para as mandíbulas. O sistema foi analisado em três diferentes momentos: pré-osteotomia com mandíbulas hígidas e pós-osteotomia/fixação e resistência à ruptura. Os valores de rigidez foram submetidos a análise de variância (p<0,005). Os valores de rigidez vertical (p< 0,0001), horizontal (p= 0,0005) e resistência a ruptura (p= 0,0001) entre pré e pósosteotomia/ fixação apresentaram uma diminuição significante. Na comparação entre os grupos, houve diferença significante para a rigidez vertical (p= 0,009) e o grupo F2PC apresentou maior rigidez. Na comparação entre os grupos, não houve diferença significante para a rigidez horizontal e para resistência a ruptura. Foi concluído que para rigidez vertical, horizontal e resistência a ruptura os valores de pós-osteotomia/fixação foram significantemente menores, o sistema de fixação com duas placas convencionais mostrou maior resistência quanto à rigidez vertical que os demais sistemas e não houve diferença estatisticamente significante na comparação entre os grupos quanto a rigidez horizontal e resistência a ruptura. / The objective of this work was to evaluate the vertical, horizontal and tensile rigidity with freedom of movement in three axes in space, of mandibles fixed with 2.0-mm locking and conventional systems with one or two plates, in unilateral fractures in the Angle of the mandible. Twenty mandibles of lamb, submitted to osteotomy and reproducing fractures, were divided into three groups: F1PC - conventional oblique line; F2PC - two conventional single-mode boards; FL - 2.0mm locking system plate in oblique line. A universal test machine was used, where metal support was coupled with wheels for the jaws. The system was analyzed in three different moments: pre-osteotomy with healthy mandibles and post-osteotomy / fixation and resistance to rupture. The stiffness values were submitted to analysis of variance (p <0.005). The values of vertical rigidity (p <0.0001), horizontal (p = 0.0005) and resistance to rupture (p = 0.0001) between pre and post osteotomy / fixation showed a significant decrease. In the comparison between the groups, there was a significant difference for vertical stiffness (p = 0.009) and the F2PC group presented greater stiffness. In the comparison between the groups, there was no significant difference for horizontal rigidity and for resistance to rupture. It was concluded that for post-osteotomy / fixation values were significantly lower for vertical, horizontal and tensile rigidity, the fixation system with two conventional plates showed greater resistance to vertical rigidity than the other systems and there was no statistically significant difference in comparison between the groups for horizontal rigidity and resistance to rupture.

O objetivo deste trabalho foi avaliar comparativamente a rigidez vertical, horizontal e de resistência à ruptura, com liberdade de movimentos em três eixos no espaço, de mandíbulas fixadas com sistemas 2,0-mm locking e convencionais com uma ou duas placas, em fraturas unilaterais no ângulo mandibular. Vinte mandíbulas de cordeiro, submetidas a osteotomia reproduzindo fraturas, foram divididas em três grupos: F1PC - placa convencional em linha oblíqua; F2PC - duas placas convencionais de modo monoplanar; FL - placa de sistema locking 2,0mm em linha oblíqua. Foi utilizada máquina de ensaio universal, onde foi acoplado suporte metálico com rodas para as mandíbulas. O sistema foi analisado em três diferentes momentos: pré-osteotomia com mandíbulas hígidas e pós-osteotomia/fixação e resistência à ruptura. Os valores de rigidez foram submetidos a análise de variância (p<0,005). Os valores de rigidez vertical (p< 0,0001), horizontal (p= 0,0005) e resistência a ruptura (p= 0,0001) entre pré e pósosteotomia/ fixação apresentaram uma diminuição significante. Na comparação entre os grupos, houve diferença significante para a rigidez vertical (p= 0,009) e o grupo F2PC apresentou maior rigidez. Na comparação entre os grupos, não houve diferença significante para a rigidez horizontal e para resistência a ruptura. Foi concluído que para rigidez vertical, horizontal e resistência a ruptura os valores de pós-osteotomia/fixação foram significantemente menores, o sistema de fixação com duas placas convencionais mostrou maior resistência quanto à rigidez vertical que os demais sistemas e não houve diferença estatisticamente significante na comparação entre os grupos quanto a rigidez horizontal e resistência a ruptura. / The objective of this work was to evaluate the vertical, horizontal and tensile rigidity with freedom of movement in three axes in space, of mandibles fixed with 2.0-mm locking and conventional systems with one or two plates, in unilateral fractures in the Angle of the mandible. Twenty mandibles of lamb, submitted to osteotomy and reproducing fractures, were divided into three groups: F1PC - conventional oblique line; F2PC - two conventional single-mode boards; FL - 2.0mm locking system plate in oblique line. A universal test machine was used, where metal support was coupled with wheels for the jaws. The system was analyzed in three different moments: pre-osteotomy with healthy mandibles and post-osteotomy / fixation and resistance to rupture. The stiffness values were submitted to analysis of variance (p <0.005). The values of vertical rigidity (p <0.0001), horizontal (p = 0.0005) and resistance to rupture (p = 0.0001) between pre and post osteotomy / fixation showed a significant decrease. In the comparison between the groups, there was a significant difference for vertical stiffness (p = 0.009) and the F2PC group presented greater stiffness. In the comparison between the groups, there was no significant difference for horizontal rigidity and for resistance to rupture. It was concluded that for post-osteotomy / fixation values were significantly lower for vertical, horizontal and tensile rigidity, the fixation system with two conventional plates showed greater resistance to vertical rigidity than the other systems and there was no statistically significant difference in comparison between the groups for horizontal rigidity and resistance to rupture.

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Orientadora: Prof.ª Dr.ª Léia Bernardi Bagesteiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica, 2015. / A osteotomia proximal da tibia (OPT) com cunha medial aberta e uma intervencao cirurgica utilizada para o tratamento de osteoartrite no condilo medial. Basicamente consiste na realizacao de um corte parcial da tibia e na abertura em formato de cunha em um angulo pre-determinado. Apos a abertura e necessaria a fixacao de um implante ortopedico. Os dispositivos ortopedicos utilizados para estabilizar a fratura devem suportar as cargas biomecanicas e gerar um ambiente mecanico capaz de permitir a consolidacao ossea. O objetivo deste estudo e analisar as tensoes de um novo implante (NPO) para osteotomia, previamente projetado pelo autor e colaboradores, bem como os deslocamentos relativos da cunha apos a aplicacao de cargas estaticas, atraves do metodo dos elementos finitos. Baseados em imagens medicas geradas a partir de tomografias computadorizadas, tres modelos distintos de elementos finitos da tibia com abertura em cunha foram simulados e fixados com: (1) uma nova placa para osteotomia (NPO), (2) uma placa gTh reta (PTR) e (3) uma placa gTh curva (PTC). Em cada avaliacao foram consideradas duas condicoes de carga em pos-operatorio: (1) primeira semana e (2) sexta semana. A tensao maxima observada na NPO (362,62 MPa) foi 57,08% maior que a PTR (230,85 MPa) e 23,47% (293,70 MPa) maior que a PTC. O deslocamento da configuracao NPO (1,37 mm) foi similar a tibia intacta e a PTC e a PTR, que apresentaram deslocamentos do tecido osseo de 1,35 mm e 1,30 mm, respectivamente. Para o caso da primeira semana do pos-operatorio a NPO apresentou movimento relativo interfragmentar (MRI) axial minimo e maximo de 169,58 ¿Êm e 218,14 ¿Êm, respectivamente. E MRI cisalhante minimo e maximo de 1,21 ¿Êm e 0,96 ¿Êm, respectivamente. Estes valores foram inferiores e superiores a 0,2 mm. Segundo PLECKO et al. (2013) valores acima de 0,2 mm aumentam a proliferacao de calo ossificado. No caso da sexta semana o MRI axial minimo da cunha foi de 165,20 ¿Êm e o maximo de 284,01 ¿Êm. Enquanto que o MRI cisalhante minimo foi de 47,52 ¿Êm e o maximo de 50,82 ¿Êm. A PTR apresentou valores de MRI axial entre 153,39 ¿Êm e 233,68 ¿Êm na primeira semana e 136,92 ¿Êm e 314,47 ¿Êm na sexta semana. E MRI de cisalhamento entre 1,12 ¿Êm e 1,95 ¿Êm na primeira semana e 87,49 ¿Êm e 92,89 ¿Êm na sexta semana. A PTC apresentou valores de MRI axial entre 158,92 ¿Êm e 233,70 ¿Êm (primeira semana) e 154,33 ¿Êm e 310,31 ¿Êm (sexta semana). E MRI cisalhante entre 0,94 ¿Êm e 1,66 ¿Êm (primeira semana) e 77,67 ¿Êm e 78,40 ¿Êm (sexta semana). Portanto, a analise valida a utilizacao do novo implante para osteotomia proximal da tibia e sugere a reducao de material nas regioes de baixa tensao equivalente de von Mises. Todos os implantes apresentaram valores de tensoes menores que o limite de escoamento da liga de titanio (Ti-6Al-4V) e permitiram o deslocamento da tibia com osteotomia proximo ao deslocamento da tibia intacta. A cunha apresentou regioes de micromovimento e microdeformacao que permitem a cicatrizacao ossea em ambas condicoes de carga. / IOpen wedge high tibial osteomy is a surgical intervention used to treat medial compartment osteoarthritis. The technique consists of tibial partial cut and an opening wedge with a pre-defined angle. Once opened, the orthopedic implant¿s fixation is required. The orthopedic devices used to stabilize the fracture should support the biomechanical loads and create an optimal mechanical environment to allow the fracture healing. The aim of this study is to analyze the stress level and displacements for the new implant of the osteotomy wedge under static loads using the finite element method. Using CT-based images, three tibia¿s distinct finite element models with open wedge were simulated and fixed: (1) the new implant osteotomy, (2) a straight T plate (STP) and (3) a curved T plate (CTP). On each evaluation two load conditions were considered: (1) the first week post-operative and (2) the sixth week post-operative. The maximum stress observed for the new implant (362.62MPa) was 57.08% higher than STP (230.85MPa) and 23.47% higher than CTP (293.70MPa). The highest displacement of the bone tissue was showed by the new implant (1.37mm), follow by STP (1.35mm) and CTP (1.30mm). For the first week condition, the wedge with the new implant showed minimum and maximum axial interfragmentary relative micromotion (IRM) of 169.58ìm and 218.14ìm. And shear IRM minimum and maximum of 1.21ìm e 0.96ìm, respectively. These values were inferior and superior to 0.2 mm. According to PLECKO et al. (2013), values larger than 0.2 mm increases the proliferation of callus ossified. For the sixth week, the minimum and maximum axial IRM were 165.20ìm and 284.01ìm. And shear IRM minimum and maximum of 47.52ìm and 50.82ìm, respectively. The STP showed IRM between 153.39ìm and 233.68ìm in the first week, and 136.92ìm and 314.47ìm for the sixth week. And shear IRM between 1.12ìm e 1.95ìm in the first week and 87.49ìm and 92.89ìm in the sixth week. The CTP showed IRM between 158.92ìm and 233.70ìm (first week), and 154.33ìm and 310.31ìm (sixth week). And shear IRM between 0.94ìm e 1.66ìm (first week) and 77.67ìm and 78.40ìm in the sixth week. Therefore, the analysis validates the use of the new implant for proximal tibial osteotomy and suggests the material's reduce in the regions with lower von Mises equivalent stress. All implants showed stress levels lower than the yield strength of the titanium alloy (Ti-6Al-4V) and the displacement of the fractured tibia was similar to the intact tibia. The wedge showed regions of micromotion (mm) and strain (%) that allowed the fracture healing in both loads conditions.

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