Bisher getestete Knochenkleber zeigen häufig geringe Klebeeigenschaften auf Knochen bei Zutritt von Feuchtigkeit. Gegenstand dieser Arbeit war es, die Haftfähigkeit im feuchten Milieu zu verbessern. Hierfür wurde der Einfluss sternförmiger, mit Isocyanaten funktionalisierter Poly(ethylenglykol) Moleküle (NCO-sP(EO-stat-PO)) auf die Klebefestigkeit und Alterungsbeständigkeit einer photopolymerisierbaren Poly(ethylenglykol)dimethacrylat-Basis (PEGDMA) untersucht. Die Polymerisation mittels energiereicher Strahlung erlaubt hohe Reaktionsraten bei Körpertemperatur sowie zeitliche und örtliche Kontrolle über die Polymerisationsreaktion. Durch den Zusatz degradierbarer, keramischer Füllstoffe auf Calciumsulfat- und Magnesiumphosphat-Basis in die Matrix sollten durch Lösungsprozesse Poren geschaffen werden. Diese könnten das Einwachsen neuer Knochensubstanz in das ausgehärtete Material ermöglichen. Die Veränderungen der kristallinen Strukturen wurden mittels Röntgendiffraktometrie beobachtet. Zudem wurden die Proben infrarotspektroskopisch und mikroskopisch untersucht. Die Klebefestigkeit auf kortikalem Rinderknochen im Abscherversuch ebenso wie die Biegefestigkeit vor und nach Lagerung in feuchter Umgebung wurde unter Variation des NCO-sP(EO-stat-PO)-Gehaltes ermittelt. Anschließend sollten die mikroskopische Analyse und energiedispersive Röntgenspektrometrie (EDX) Aufschluss über das Bruchverhalten des Materials beim Klebeversuch geben.
Es konnte gezeigt werden, dass durch die Zugabe von 20 bis 40 Gew.-% NCO sP(EO-stat-PO) zur Matrix die Klebefestigkeit auf Knochen von initial etwa 0,15 bis 0,2 MPa auf etwa 0,3 bis 0,5 MPa gesteigert werden kann. Während alle Referenzproben ihre Haftung an Knochen innerhalb von weniger als 24 Stunden verloren, zeigten Proben mit NCO sP(EO-stat-PO) auch nach 7-tägiger Lagerung noch Festigkeiten von 0,18 bis 0,25 MPa. Die höchste Festigkeit nach 7 Tagen war bei Proben mit dem Füllstoff Newberyit und einem NCO-sP(EO-stat-PO)-Anteil von 40 Gew.-% zu verzeichnen. Diese Proben wiesen auch in der mikroskopischen Analyse und im EDX eindeutig ein rein kohäsives Versagen auf. 20%-ige Proben zeigten zumindest in geringem Maße auch adhäsives Versagen.
Die 3-Punkt Biegefestigkeit lag initial bei 3,5 bis 5,5 MPa. Durch die Lagerung in PBS sank die Festigkeit auf ~1 MPa. Die Zugabe von NCO-sP(EO-stat-PO) und die Art des eingesetzten Füllstoffes hatten kaum einen Einfluss auf diese. / Bone adhesives often show a significant loss in adhesive strength to bone when used in a wet environment. The aim of this work was to improve the adhesion to bone under wet conditions by addition of star-shaped, isocyanate-functionalized poly (ethylene glycol) molecules (NCO-sP (EO-stat-PO)) and to investigate the influence on bond strength and aging resistance of a photopolymerizable poly (ethylene glycol) dimethacrylate base (PEGDMA). Polymerization by high-energy radiation allows high reaction rates at body temperature as well as temporal and local control over the polymerization reaction. The addition of degradable, ceramic calcium sulfate and magnesium phosphate based fillers into the matrix was supposed to create pores through solution processes. These could allow the ingrowth of new bone into the cured material. The changes of the crystalline structures were observed by X-ray diffractometry. In addition, the samples were examined microscopically and by infrared spectroscopy. The adhesive strength on bovine cortical bone in shear tests as well as the flexural strength before and after storage in a wet environment was determined by varying the NCO-sP (EO-stat-PO) content. Subsequently, the microscopic analysis and energy dispersive X-ray spectrometry (EDX) should provide information about the failure mode of the material.
It could be shown that by the addition of 20 to 40 wt .-% NCO sP (EO stat PO) to the matrix, the adhesive strength to bone can be increased from initially about 0.15 to 0.2 MPa to about 0.3 to 0,5 MPa. While all reference samples lost adhesion to bone within less than 24 hours, samples containing NCO sP (EO-stat-PO) still showed bonding strengths of 0.18 to 0.25 MPa after 7 days of storage. The highest bonding strength after 7 days was observed in samples with newberyit fillers and an NCO-sP (EO-stat-PO) content of 40 wt .-%. These samples also clearly showed cohesive failure in microscopic analysis and EDX, while samples containing 20% wt.-% showed at least slight adhesive failure.
Initially tested, the 3-point bending strength was about 3.5 to 5.5 MPa. After storage in PBS, the strength decreased to ~ 1 MPa. The addition of NCO-sP (EO-stat-PO) and the type of filler used had only little effect on strength loss.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:15447 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Rücker, Anja |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/doku/lic_mit_pod.php, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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