Characterization of starch-polycaprolactone and development of bioactive glass fiber reinforced composite

Abstract

AB3:Viime vuosina kiinnostus luonnonpolymeerien käyttöön lääketieteen sovelluksissa on kasvanut. Yksi tutkituista luonnonpolymeereistä on tärkkelys, jota voidaan seostaa synteettisten biohajoavien polymeerien kanssa. Seostamalla voidaan vaikuttaa tunnettujen synteettisten biohajoavien polymeerien hajoamisnopeuteen sekä mekaanisiin ominaisuuksiin. Tärkkelyspolykaprolaktoni (SPCL) on yksi tärkkelyspohjaisista polymeereistä, jonka sopivuutta erityisesti luusovelluksiin tutkitaan. Luusovelluksiin käytettävien implanttien yksi tavoitelluimmista ominaisuuksista on osteokonduktiivisuus. Osteokonduktiivisia materiaaleja ovat esimerkiksi bioaktiivinen lasi sekä hydroksiapatiitti. Näitä materiaaleja voidaan yhdistää polymeereihin eri muodoissa, esimerkiksi partikkeleina tai kuituina. Niiden avulla on myös mahdollista parantaa polymeerien mekaanisia ominaisuuksia. Tämän diplomityön tarkoitus oli karakterisoida tärkkelys-polykaprolaktonin ominaisuuksia ja kehittää bioaktiivinen kuitulujitettu komposiitti luusovelluksiin.SPCL 30/70 -blendi sisältää 30 p-% tärkkelystä ja 70 p-% polykaprolaktonia. SPCL:n termiset ominaisuudet tutkittiin differentiaalisella pyyhkäisykalorimetrialla ja termogravimetrisellä analyysillä. Sen toksisuus testattiin solukokeilla ja tiheys määritettiin pyknometrin avulla. Lisäksi SPCL:n liukenevuus eri liuottimiin testattiin, jotta löydettäisiin sopiva liuotin komposiitissa käytettävän lasikuitumaton sitomiseen. Eri lasimääriä sisältäviä komposiitteja valmistettiin ahtopuristamalla kerroksittain eri määriä SPCL-Ievyä sekä lasimattoa. Bioaktiivinen lasimatto valmistettiin sitomalla lasikuidut SPCL-etikkahappoliuoksella. Komposiitteja valmistettiin neljää erilaista. Komposiittien pinnan kontaktikulma määritettiin. Komposiittien ominaisuuksien muuttumista tutkittiin kuuden viikon in vitro hydrolyysitestin aikana. Hydrolyysitestin aikana seurattiin lisäksi komposiittien lasimäärän muutosta polttokokeiden avulla.

For bone regeneration and repair combinations of different materials are needeed. In many applications it is useful to combine biodegradable polymers with osteoconductive materials. Bioactive glass (BaG) is one such material. A related issue is to improve the mechanical properties of polymer matrix by reinforcing it. Thus, the aim of this work was to characterize starchpolycaprolactone (SPCL) and develop a BaG fiber reinforced SPCL composite.SPCL (30/70 wt%) was characterized using different thermal analysis methods and biological evaluation, and its solubility and density were studied. Thick sheets were produced from SPCL by utilizing single-screw extrusion. Sheets were cut and heat-pressed in layers with BaG fiber mats to form composite structures, with different combinations. The thermal, mechanical, and degradation properties of the composites were studied. In addition, the actual amount of BaG in the composites was determined using simple burning tests.