SINTEZA DE MEMBRANE HIBRIDE DIN ACETAT DE CELULOZĂ Ș I HIDROTALCIT PENTRU REGENERARE OSOASĂ Student: Mirel-Marius Neagu Conducător ș tiin ț ific:… [622920]
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
PROIECT DE DIPLOMĂ
SINTEZA DE MEMBRANE HIBRIDE DIN ACETAT DE CELULOZĂ
Ș
I HIDROTALCIT PENTRU REGENERARE OSOASĂ
Student: [anonimizat]-Marius Neagu
Conducător
ș
tiin
ț
ific: S.L. dr. ing. Andreea-Mădălina Pandele
Bucure
ș
ti
Iulie 2018
1
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
2
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
CUPRINS
CAPITOLUL I. INTRODUCERE
5
1.1. Osul
5
1.2. Regenerarea osoasă
6
1.2.1 Regenerarea osoasă ghidată
7
1.3. Membrane pentru regenerare osoasă
7
1.4. Materiale folosite pentru membrane de regenerare osoasă
8
1.4.1. Acetatul de celuloză
8
1.4.2. Hidrotalcitul
9
1.5. Stadiul actual al cunoa
ș
terii
ș
i dezvoltării în domeniu
10
1.5.1 Materiale utilizate în prezent pentru membranele de regenerare osoasă
12
1.5.2 Influen
ț
a propri etă
ț
ilor membranei asupra procesului de regenerare
15
1.5.2.1 Proprietă
ț
i mecanice
15
1.5.2.2. Porozitatea
15
1.5.2.3. Designul membranei
16
1.5.3. Mecanismul biologic al regenerării osoase
17
1.6. Scopul lucrării
17
CAPITOLUL II. STUDIU PRACTIC
18
2.1. Materiale
ș
i metode
18
2.2. Caracterizarea membranelor
20
2.2.1 Microscopia electronică de baleiaj – SEM
20
2.2.2. Analiză termogravimetrică (TGA)
ș
i analiză termică diferen
ț
ială (DTA)
24
2.3. Studiu asupra capacită
ț
ii de reten
ț
ie
30
2.3.1. Filtrarea la vid
30
2.3.2. Determinarea ratei de reten
ț
ie
31
2.3.2.1. Spectroscopia UV-Vis
32
2.4. Studiu asupra capacită
ț
ii de mineralizare
36
2.4.1. Spectroscopia cu raze X cu dispersie energetică
37
3
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
CAPITOLUL III. BILAN
Ț
UL MATERIALELOR UTILIZATE ÎN SINTEZĂ
41
3.1. Bilan
ț
ul masic
41
3.2. Bilan
ț
ul economic
47
CONCLUZII
49
BIBLIOGRAFIE
50
4
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
CAPITOLUL I. INTRODUCERE
1.1. Osul
Osul
este
un
organ
rigid
ce
face
parte
din
componen
ț
a
scheletului
vertebratelor.
Oasele
sus
ț
in
ș
i
protejează
organele
interne,
stochează
minerale,
permit
mobilitatea,
iar
în
măduva
osoasă
sunt produse hematii
ș
i leuco cite. Oasele au o varietate de forme
ș
i mărimi
ș
i au o structură internă
complexă.
Ț
esutul
osos
este
un
ț
esut
dur,
un
tip
de
ț
esut
conectiv
dens.
Rigiditatea
acestuia
se
datorează
unei
structuri
interne
de
tip
fagure
de
miere.
Ț
esutul
osos
este
populat
de
mai
multe
tipuri
de
celule:
osteoblastele
ș
i
osteocitele
sunt
responsabile
de
formarea
ș
i
mineralizarea
osului,
iar
osteoclastele sunt responsabile cu degradarea
ș
i reabsorb
ț
ia
ț
esutului osos.
Figura 1.
Scheletul uman
Sursă: http://cristinatoteanu.blogspot.com/2012/01/anatomia-corpului-uman-imagini.html
5
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Oasele, în func
ț
ie de forma
ș
i dimensiunile lor, sunt clasifica te în 5 categorii:
●
oase lungi – majoritatea oaselor membrelor;
●
oase scurte – oasele încheieturii mâinii
ș
i a gleznei;
●
oase plate – oasele cutiei craniene;
●
oase sesamoide – oase încadrate în tendoane – osul patelar;
●
oase neregulate – oasele coloanei vertebrale, osul etmoid
ș
i osul sfenoid.
De
asemenea,
în
func
ț
ie
de
densitatea
lor,
oasele
pot
fi
compacte
sau
spongioase,
osul
compact
fiind
responsabil
cu
men
ț
inerea
func
ț
iilor
de
sus
ț
inere
ș
i
protec
ț
ie.
Osul
spongios,
având
o
suprafa
ț
ă
specifică
mult
mai
mare
fa
ț
ă
de
cea
a
osului
compact ,
are
un
rol
mărit
în
procesele
metabolice.
Fiind
ș
i
bogat
vascularizat,
osul
spongios
con
ț
ine
ș
i
măduva
hematogenă,
unde
are
loc
procesul de hematopoieză [1].
1.2. Regenerarea osoasă
Regenerarea
osoasă
este
un
proces
fiziologic
complex,
bine
definit,
care
poate
fi
observat
în
timpul
vindecării
fracturilor,
oasele
fiind
implicate
într-o
continuă
remodelare
de-a
lungul
vie
ț
ii
oamenilor.
Totu
ș
i,
există
instan
ț
e
în
care
acest
proces
este
necesar
la
o
magnitudine
mult
mărită,
determinată
de
necesitatea
reconstruc
ț
iei
unor
defecte
osoase
majore,
apărute
în
urma
traumelor,
infec
ț
iilor,
rezec
ț
iei
tumorilor
sau
în
cazuri
în
care
procesul
regener ativ
este
compromis,
ca
urmare
a necrozei avasculare sau a osteoporozei.
Figura 2.
Diferen
ț
a de structură dintre un os sănătos
ș
i unul afectat de osteoporoză
Sursă: https://www.farmaciata.ro/8-moduri-prin-care-puteti-tine-sub-control-osteoporoza/
În
prezent,
există
mai
multe
strategii
de
tratament
cu
scopul
de
a
augmenta
regenerarea
compromisă
sau
insuficientă,
autogrefa
osoasă,
grefa
fibulară
liber
transferată,
alogrefele,
tratamentul
prin
regenerare
osoasă
ghidată,
utilizarea
factorilor
de
cre
ș
tere
ș
i
a
scaffold-urilor
osteoconductive.
6
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Strategiile
de
vindecare
ce
se
bazează
pe
inginerie
tisulară
ș
i
terapie
genică
sunt
într-o
intensă
dezvoltare,
în
scopul
ob
ț
inerii
unor
substituen
ț
i
oso
ș
i
cu
proprietă
ț
i
biomecanice
cât
mai
asemănătoare
cu
cele
ale
osului
normal,
pentru
a
accelera
procesul
de
regenerare
sau
chiar
pentru
a
trata afec
ț
iuni precum osteop oroza[2].
1.2.1 Regenerarea osoasă ghidată
Regenerarea
osoasă
ghidată
a
fost
introdusă
ca
o
metodă
terapeutică
de
reparare
a
defectelor
ț
esuturilor
osoase
prin
interm ediul
utilizării
unor
membrane
cu
rol
de
barieră.
Conceptul
de
bază
a
fost
introdus
în
urmă
cu
50
de
ani,
atunci
când
s-a
urmărit
utilizarea
unor
membrane
din
acetat
de
celuloză
pentru
regenerarea
nervilor
ș
i
a
tendoanelor.
Testele
ulterioare
efectuate
pe
animale
de
laborator au arătat o vindecare mărită la nivelul coastelor, oaselor radiale
ș
i a femurului [3].
În
prezent,
majoritatea
procedurilor
de
regenerare
osoasă
ghidată
au
loc
în
chirurgia
maxilo-facială,
în
special
pentru
repararea
zonelor
afectate
în
urma
aplicării
unui
implant,
sau
pentru a ob
ț
ine
ț
esutul osos necesar fixării acelui implant.
Figura 3.
Descrierea conceptului regenerării osoase în chirurgia dentară: a)implantarea membranei între
gingie
ș
i dinte;b)membrana ac
ț
ionează cu rol de barieră împotriva proliferării celulelor gingivale
Sursă: http://www.intelligentdental.com/wp-content/uploads/2012/04/
1.3. Membrane pentru regenerare osoasă
Multe
tipuri
de
membrane
au
fost
utilizate
de-a
lungul
timpului
în
cadrul
tehnicii
de
regenerare
osoasă
ghidată.
Totu
ș
i,
majoritatea
acestora
nu
îndeplinesc
toate
condi
ț
iile
membranei
ideale.
În
cadrul
procesului
de
regenerare
osoasă
ghidată,
rolul
membranei
este
unul
crucial,
aceasta
ac
ț
ionând
ca
o
barieră
împotriva
proliferării
celulelor
ț
esuturilor
moi
în
zona
de
tratament,
men
ț
inând în acela
ș
i timp forma defectului în timpul procesului de v indecare.
7
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Pentru
ca
efectul
tratamentului
să
fie
unul
adecvat,
membrana
trebuie
să
prezinte
următoarele
caracteristici:
biocompatibilitate,
rezisten
ț
ă
mecanică
adecvată
în
scopul
men
ț
inerii
formei
defectului,
capacitatea
de
a
preveni
migrarea
celulelor
epiteliale
ș
i
resorbabilitate
adecvată
după
regenerarea
completă
a
zonei
afectate.
În
prezent,
la
scară
comercială
sunt
prezente
membrane
fabricate
din
polimeri
non-bioresorbabili
–
politetrafloretenă
expandată
(ePTFE)
ș
i
bioresorbabili
–
poli-D,L-lactidă, colagen xenogenic.
Dintre
aceste
membrane,
cele
bazate
pe
polimeri
biodegradabili
au
căpătat
mai
multă
aten
ț
ie
datorită
capacită
ț
ii
corpului
uman
de
a
absorbi
membrana
ș
i
de
a
o
înlocui
cu
ț
esut
osos
pe
parcursul
procesului
de
regenerare,
nemaifiind
necesară
interven
ț
ia
chirurgicală
de
îndepărtare
a
membranei.
Totu
ș
i,
în
ciuda
proprietă
ț
ilor
biologice
a
acestor
materiale,
acestea
prezintă
proprietă
ț
i
biomecanice
scăzute,
prăbu
ș
irea
membra nei
în
interiorul
defectului
osos,
reducând
astfel
fezabilitatea
utilizării
membranelor
în
procesul
de
regenerare.
Această
deficien
ț
ă
poate
fi
redusă
utilizând
un
amestec
de
polimeri care îmbină proprietă
ț
ile mecanice cu capacitatea de bioresorbabilitate [4].
1.4. Materiale folosite pentru membrane de regenerare osoasă
1.4.1. Acetatul de celuloză
Celuloza
este
un
homopolimer
natural
ce
constă
din
unită
ț
i
de
D-glucopiranoză
legate
între
ele
prin
legături
β-(1-4)-glicozidice
ș
i
este
cel
mai
abundent
material
organic
din
natură,
anual
producându-se
5×
tone
în
biosferă.
Utilizarea
celulozei
ca
polimer
nu
este
preferată
datorită
1
0
1
1
solubilită
ț
ii
reduse
a
acest eia
în
solven
ț
i
toxici
sau
greu
de
îndepărtat,
cum
ar
fi
DMF
–
N,N-dimetilformamidă.
Figura 4.
Structura celulozei
Sursă: http://www.wikiwand.com/ro/Celuloz%C4%83
Dintre
deriva
ț
ii
celulozei,
acetatul
de
celuloză,
datorită
solubilită
ț
ii
sale
în
diver
ș
i
solven
ț
i
organici
polari,
este
unul
dintre
cele
mai
utilizate
materiale
în
sinteza
membranelor.
Acesta
este
un
8
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
polimer
semicristalin
termoplastic
insolubil
în
apă,
dar
care
gonflează
datorită
grupărilor
hidrofile
de tip hidroxil (-OH)
ș
i aceti l prezente.
Figura 5.
Structura acetatului de celuloză
Sursă:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8d/Cellulose_acetate.svg/1200px-Cellulose
_acetate.svg.png
Membranele
din
acetat
de
celuloză
se
disting
prin
caracteristicile
de
transport,
reten
ț
ia
proteică
redusă,
afinitate
excelentă
pentru
apă,
rezisten
ț
ă
mecanică
ș
i
hidrofilicitate
ridicată.
De
asemenea,
datorită
caracterului
natural,
acetatul
de
celuloză
este
biocompatibil
ș
i
bioresorbabil,
aceste
proprietă
ț
i
promovân d
utilizarea
acestuia
în
aplica
ț
ii
biomedicale
cum
ar
fi
sistemele
de
eliberare controlată sau purificarea sângelui în cazul afec
ț
iunilor renale cronice – hemodializa.
În
ciuda
tuturor
avantajelor,
acest
material
nu
este
lipsit
de
neajunsuri,
rezisten
ț
a
chimică
redusă
ș
i
lipsa
unor
grupăr i
func
ț
ionale
la
nivelul
polimerului
determinând
oamenii
de
ș
tiin
ț
ă
să
găsească
modalită
ț
i
prin
care
să
îmbunătă
ț
ească
proprietă
ț
ile
materialului.
Una
dintre
cele
mai
folosite
practici
este
aceea
de
a
sintetiza
membrane
compozite,
materialul
de
umplutură
îmbunătă
ț
ind proprietă
ț
ile de transport
ș
i capacitatea de separare [5].
1.4.2. Hidrotalcitul
Hidrotalcitul
(Hidroxicarbohidrat
de
magneziu
si
aluminiu)
este
o
argilă
anionică
cu
formula
moleculară
Mg
₆
Al
₂
CO
₃
(OH)
₁ ₆ ⋅
4H
₂
O.
Acesta
constă
în
multiple
straturi
de
cationi
metalici
bivalen
ț
i
(M²
⁺
si
M³
⁺
)
cu
o
structură
asemănătoare
brucitei
(Mg(OH)
₂
),
unde
o
parte
din
cationii
bivalen
ț
i
sunt
înlocui
ț
i
cu
cationi
trivalen
ț
i.
Această
substitu
ț
ie
generează
un
strat
de
sarcini
pozitive, care este compensată de anionii dintre straturi sau de combina
ț
ii complexe anionice [6].
Multiplele
straturi
cu
sarcini
diferite
oferă
hidrotalcitului
proprietatea
de
a
participa
în
reac
ț
ii
chimice
de
schimb
ionic.
Această
proprietate
permite
utilizarea
argilei
în
sistemele
de
purificare
a
apei,
iar
din
punct
de
vedere
medical,
aceasta
poate
fi
folosită
în
cadrul
sistemelor
de
eliberare
9
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
controlată
cu
sau
fără
pre-func
ț
ionalizare
sau
în
formă
pură
pentru
tratarea
problemelor
de
sănătate
cauzate de acidită
ț
i mărite ap ărute în cadrul sistemului digestiv.
Figura 6.
Structura hidrotalcitului
1.5. Stadiul actual al cunoa
ș
terii
ș
i dezvoltării în domeniu
Regenerarea
osoasă
ghidată
este
în
prezent
una
dintre
cele
mai
folosite
metode
pentru
reconstruirea
alveolelor
dentare
ș
i
tratarea
deficien
ț
elor
osoase
periferice
implanturilor.
Procedura
este
considerată
reu
ș
ită
atunci
când
celulele
osteoprogenitoare
populează
exclusiv
zona
defectului
osos
prevenind
proliferarea
altor
tipuri
de
celule.
A
fost
estimat
că
până
la
40%
din
implanturile
osteointegrate
necesită
acest
tip
de
procedură
ca
parte
a
reabilitării
pacientului.
Majoritatea
rapoartelor
medicale
indică
faptul
că
90%
din
implanturile
introduse
în
situsuri
augmentate
prezentau bioproprietă
ț
i opti me după un an de utilizare [7].
În
prezent,
procedura
de
regenerare
osoasă
ghidată
presupune
utilizarea
membranelor
împreună
cu
diferi
ț
i
substit uen
ț
i
oso
ș
i.
Alegerea
materialelor
este
determinată
de
dimensiunea
ș
i
forma
defectului
osos.
Există
propuneri
pentru
clasificarea
din
punct
de
vedere
clinic
a
defectelor
osoase
ș
i recomandări pentru utilizarea tehnicilor adecvate.
Studiile
clinice
au
demonstrat
faptul
că
regenerarea
osoasă
este
previzibilă
ș
i
are
succes
pentru
defectele
aflate
în
plan
orizontal,
resorbabilitatea
membranei
nefiind
un
factor
în
majoritatea
10
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
situa
ț
iilor
în
care
se
utilizea ză
acestă
procedură.
Totu
ș
i,
membranele
resorbabile
sunt
considerate
mult mai practice pentru pacien
ț
i.
Tabel 1.
Clasificarea biomaterialelor utilizate în regenerarea osoasă ghidată [8]
Biomaterial
Principalele avantaje
Principalele dezavantaje
Polimer sintetic
Politetrafloretenă
Bioinert
ș
i biostabil
Non-bioresorbabil
Poliesteri alifatici
(PLA, PGA, PCL)
Bioresorbabili,
capacitatea
de
a
încorpora
biosubstan
ț
e
active
Lipsa
rigidită
ț
ii
ș
i
a
stabilită
ț
ii
Polimer natural
Colagen
Bioresorbabilitate,
imunogenicitate
scăzută,
încorporarea
de
biosubstan
ț
e active
Alginat,Chitosan
Metale
Titan
ș
i aliajele sale
Duritate
ș
i
plasticitate
ridicată
Non-bioresorbabili
Aliaje Co-Cr
Compu
ș
i anorganici
Sulfa
ț
i
ș
i
fosfa
ț
i
de
calciu
Bioresorbabilitate,
osteoconductivitate
Duritate
ș
i
plasticitate
redusă
În
ciuda
faptului
că
membranele
non-resorbabile
determină
rezultate
superioare
în
cadrul
procesului
de
regenerare,
rata
apari
ț
iei
complica
ț
iilor
este
de
aseme nea
mult
mai
mare.
Acest
lucru
este
asociat
cu
expunerea
la
ț
esutul
moale
[8].
O
explica
ț
ie
plauzibilă
pentru
apari
ț
ia
acestor
complica
ț
ii
este
legată
de
tensiunile
apărute
în
ț
esutul
mare
ș
i
o
lipsă
a
vascularizării
în
acea
zonă.
În
cazul
expunerii
ț
esuturilo r
moi
la
membrane
resorbabile,
s-au
observat
vindecări
spontane,
ce
pot
fi
asociate
cu
degradarea
rapidă
a
membranei.
În
ciuda
acestor
observa
ț
ii,
mecanismele
ș
i
interac
ț
iunile
chimice
ș
i
biologice
apărute
dintre
membrane
ș
i
ț
esutul
moale
nu
sunt
încă
documentate în totalitate [8].
În
scopul
îmbunătă
ț
irii
rezultatelor
procedurii
de
regenerare
osoasă,
în
special
în
cazuri
mai
grave,
s-a
luat
în
considerare
utilizarea
factorilor
de
cre
ș
tere
recombinan
ț
i.
Un
studiu
clinic
a
arătat
că
utilizarea
unui
factor
de
cre
ș
tere
ob
ț
inut
din
trombocite
umane
împreună
cu
grefe
osoase
acoperite
cu
o
membrană
resorbabilă
au
influen
ț
at
pozitiv
vindecarea
ț
esutului
moale
din
11
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
vecinătatea
zonei
implantate.
Totu
ș
i,
efectul
adăugării
factorilor
de
cre
ș
tere
nu
este
sus
ț
inut
de
dovezi
clinice
solide,
iar
dezvoltarea
acestor
studii
este
restric
ț
ionată
în
anumite
păr
ț
i
ale
lumii
de
reglementările aflate în vigoare
[9].
Preparatele
pe
bază
de
trombocite,
dintre
care
amintim
fibrina
bogată
în
trombocite(platelet-rich
fibrin
–
PRF)
ș
i
plasma
bogată
în
trombocite(platelet-rich
plasma
–
PRP),
au
fost
folosite
ca
stimuli
adi
ț
ionali
pentru
stimularea
procesului
de
regenerare.
Aceste
preparate,
ob
ț
inute
din
sângele
pacien tului,
au
poten
ț
ialul
de
a
elibera
diferi
ț
i
factori
de
cre
ș
tere
ș
i
citokine,
accelerând
astfel
procesul
de
vindecare.
Fibrina
bogată
în
trombocite
a
fost
propusă
ca
material
utilizabil
pentru
membranele
de
regenerare
osoasă,
însă
există
dubii
referitoare
la
proprietă
ț
ile
mecanice
ș
i
degradabilitate a
acesteia.
O
echipă
de
cercetători
din
Japonia
a
ob
ț
inut
cu
succes
membrane
confec
ț
ionate
din
PRF
cu
biodegradabilitate
redusă
folosind
un
procedeu
de
compresie
termică
fără
a
reduce
biocompatibilitatea
acesteia.
Până
acum,
utilizarea
PRF
în
membranele
de
regenerare
osoasă
ghidată
este
mai
pu
ț
in
documentată
decât
în
cazul
regenerării
tisulare
ghidate
[10].
1.5.1 Materiale utilizate în prezent pentru membranele de regenerare osoasă
Membranele
de
regenerare
osoasă
pot
fi
confec
ț
ionate
dintr-o
multitudine
de
materiale,
polimeri sintetici, polimeri naturali, metale sau compu
ș
i anorganici.
Din
clasa
polimerilor
sintetici
amintim
politetrafloretena
(PTFE)
care
este
considerată
primul
polimer
sintetic
utilizat
în
regenerarea
osoasă
ghidată
ș
i
în
acela
ș
i
timp,
unul
dintre
cei
mai
bioiner
ț
i
ș
i
biostabili
polimeri.
Rezisten
ț
a
la
agen
ț
ii
chimici
din
ț
esutul
gazdă
determină
men
ț
inerea
integrită
ț
ii
ș
i
proprietatea
de
excluziune
a
membranei.
Totu
ș
i,
expunerea
PTFE
la
microorganisme
poate
duce
la
migrarea
acestora
ș
i
apari
ț
ia
unor
infec
ț
ii,
fapt
ce
poate
compromite
procesul
de
augmentare osoasă.
Polimerii
alifatici
sunt
un
alt
tip
de
materiale
utilizate
pentru
membranele
de
regenerare.
Dintre
ace
ș
tia
amintim
acidu l
polilactic
(PLA),
acidul
poliglicolic
(PGA),
poli
ε-caprolactona
(PCL)
ș
i
copolimerii
acestora
[11,
12].
Avantajele
acestora
includ
procesabilitatea
ridicată,
biodegradabilitatea
reglabilă
ș
i
capacitatea
de
a
încorpora
substan
ț
e
active,
însă
compu
ș
ii
ce
rezultă
în
urma
degradării
acestora
pot
genera
răspunsuri
imune
puternice,
efect
ce
poate
duce
la
resorb
ț
ia
osului
regenerat.
De
asemenea,
lipsa
rigidită
ț
ii
acestora
poate
reprezenta
un
mare
dezavantaj,
iar
degradabilitatea
pune
sub
semnul
întrebării
capacitatea
efectului
de
barieră
atât
de
necesar
procesului.
În
ciuda
acestor
poten
ț
iale
neajunsuri,
studiile
efectuate
au
demonstrat
cu
succes
men
ț
inerea
ș
i
augmentarea
proceselor
alveolare
în
urma
pierderii
denti
ț
iei.
Hidrofobicitatea
poli
12
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
ε-caprolactonei
ș
i
solubilitat ea
redusă
comparativ
cu
al
ț
i
polimeri
alifatici
elimină
neajunsul
cauzat
de
degradarea
in
vivo
.
De
asemenea,
membranele
pe
bază
de
copolimeri
ai
poli
ε-caprolactonei
împreună cu al
ț
i poliesteri au arătat proprietă
ț
i asemănătoare [11].
Figura 7.
Membrană din politetrafloretenă expusă după implantare
Sursă:https://www.osseonews.com/membrane-exposed-after-augmentation-of-mandibular-alveolar-ridge-wh
at-should-i-do/
Membranele
fabricate
din
colagen
au
căpătat
aten
ț
ie
sporită
datorită
faptului
că
acesta
este
componenta
principală
din
ț
esuturile
conective
ș
i
datorită
proprietă
ț
ilor
sale,
dintre
care
amintim
bioresorbabilitatea
excelentă
ș
i
imunogenicitatea
redusă.
Studiile
clinice
efectuate
au
sugerat
faptul
că
membranele
confec
ț
ionate
din
colagen
promovează
o
vindecare
îmbunătă
ț
ită
a
ț
esuturilor
adiacente
ș
i
o
regenerare
osoasă
mai
eficientă.
Principalul
dezavantaj
al
colagenului
este
lipsa
rigidită
ț
ii
acestuia,
aplica
ț
iile
membranelor
colagenice
fiind
limita te
la
proceduri
de
regenerare
a
proceselor alveolare cum ar fi dehiscen
ț
a sau fenestra
ț
ia [13].
Chitosanul
este
un
alt
polimer
natural
considerat
pentru
utilizarea
în
cadrul
membranelor
de
regenerare
osoasă.
Acest
polizaharid
are
pentru
crustacee
un
rol
asemănător
cu
cel
al
colagenului
în
cazul
vertebratelor.
Biodegradabilitatea
membranelor
ob
ț
inute
este
influen
ț
ată
de
masa
moleculară
ș
i
de
metoda
de
preparare
a
polimerului,
iar
metoda
de
reticulare
este
identică
cu
cea
a
colagenului,
însă
toxicitatea
ridicată
a
glutaraldehidei
ș
i
pre
ț
ul
ridicat
al
genipinei
utilizate
pentru
reticularea
prin
formarea
de
legături
covalente
determină
utilizarea
unei
reticulări
ionice
cu
tripolifosfat
sodic(TPP)
[14].
Dintre
materialele
metalice,
titanul
este
unul
din
materialele
utilizate
în
chirurgia
dentară,
craniomaxilofacială
ș
i
ortop edică.
Biocompatibilitatea
ridicată,
rezisten
ț
a
mecanică
ș
i
rigiditatea
crescută,
densitatea
redusă
ș
i
rezisten
ț
a
mărită
la
coroziune
sunt
proprietă
ț
ile
care
au
inspirat
utilizarea
acestui
material
în
procedura
de
regenerare
osoasă.
Multiple
studii
au
arătat
că
utilizarea
13
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
unei
plase
de
titan
împreună
cu
substituen
ț
i
oso
ș
i
reprezintă
o
procedură
efectivă
pentru
augmentarea
osoasă
înainte
sau
în
timpul
implantării.
Asemănările
ș
i
deosebirile
dintre
proprietă
ț
ile
titanului
pur
ș
i
cel
al
aliaje lor
de
titan
au
fost
recent
documentate,
însă
foarte
pu
ț
ine
studii
au
comparat
aceste
materiale
cu
alternativele
polimerice
pentru
membranele
de
regenerare
osoasă.
Singura
informa
ț
ie
disponib ilă
este
aceea
că
titanul
determină
un
răspuns
imun
ș
i
o
inflamare
de
o
magnitudine redusă comparativ cu membranele confec
ț
ionate din politetrafloretenă [15].
Figura 8 .
Modelul unei plase de titan utilizată în regenerarea osoasă
Sursă: https://www.bonegrafting.com/cytoflex-titanium-mesh-M4-500
Aliajele
de
tip
cobalt-crom(Co-Cr),
în
ciuda
biocompatibilită
ț
ii
reduse
comparativ
cu
titanul,
au
fost
ș
i
ele
sugerate
pentru
utilizarea
în
cazul
procedurii
de
regenerare
osoasă.
Proprietă
ț
ile
mecanice
superioare
ș
i
poten
ț
ialul
acestora
au
fost
documentate
în
timpul
testelor
pe
animale,
plasarea
unei
membrane
confec
ț
ionate
din
aliaj
Co-Cr
pe
un
defect
osos
al
unei
tibii
de
iepure
având
rezultate
pozitive,
însă
la
ora
actuală
nu
au
fost
documentate
studii
clinice
în
care
să
se
demonstreze
acest lucru [16].
Sulfatul
de
calciu
(CaSO
₄
)
este
unul
din
pu
ț
inii
compu
ș
i
anorganici
propu
ș
i
pe
post
de
componentă
principală
a
unei
membrane
destinată
utilizării
în
regenerarea
osoasă.
Acesta
este
un
material
biocompatibil,
osteoconductiv
ș
i
bioresorbabil.
În
plus,
acesta
poate
fi
ob
ț
inut
atât
din
surse
naturale,
cât
ș
i
pe
cale
artificială.
Utilizarea
acestuia
presupune
ob
ț
inerea
unei
paste
asemănătoare
ghipsului,
care
poate
fi
apoi
fasonată
ș
i
transformată
într-un
material
cristalin
ș
i
relativ
stabil
cu
resorbabilitate relativ redusă [17].
Hidroxiapatita
–
HAp
(
Ca
10
(PO
4
)
6
(OH)
2
)
a
fost
de
asemenea
propusă
utilizării
ca
bază
pentru
membrane.
Acest
material
este
unul
dintre
cele
mai
utilizate
în
ceea
ce
prive
ș
te
aplica
ț
iile
osoase
datorită
similitudinii
cu
partea
minerală
a
osului,
a
biocompatibilită
ț
ii
ș
i
a
osteoconductivită
ț
ii.
În
plus,
resorbabilitatea
acestuia
este
mai
redusă
comparativ
cu
al
ț
i
fosfa
ț
i
de
calciu
ș
i,
în
ciuda
casab ilită
ț
ii
ridicate,
prezintă
proprietă
ț
i
mecanice
adecvate,
permi
ț
ând
14
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
membranei
să
reziste
la
presiunile
exercitate
de
ț
esutul
adiacent,
men
ț
inând
spa
ț
iul
necesar
regenerării
ț
esutului osos [18 ].
Din
punct
de
vedere
al
proprietă
ț
ilor
biologice,
membranele
ce
încorporau
hidroxiapatită
promovează
activitatea
celulelor
stromale
ș
i
a
osteoblastelor,
determinând
astfel
formarea
de
os
nou
in
vivo
,
în
combina
ț
ie
cu
alte
materiale
resorbabile
sau
nu.
De
asemenea,
pentru
îmbunătă
ț
irea
performan
ț
elor
in
vivo
,
pulberea
de
hidroxiapatită
utilizată
pentru
membranele
exclusiv
ceramice
a
fost încărcată
ș
i cu al
ț
i ioni metalici bioactivi, cum ar fi stron
ț
iul, argintul
ș
i zincul [8].
1.5.2 Influen
ț
a propri etă
ț
ilor membranei asupra procesului de regenerare
1.5.2.1 Proprietă
ț
i mecanice
Procesul
de
regenerare
nu
poate
avea
loc
dacă
membrana
nu
de
ț
ine
proprietă
ț
ile
mecanice
ș
i
biologice
necesare.
Pătrunderea
membranei
în
interiorul
defectului
osos
ca
urmare
a
presiunilor
apărute
în
zona
implantată
poate
fi
împiedicată
prin
utilizarea
unui
material
cu
proprietă
ț
i
mecanice
adecvate.
Materialul
utilizat
trebuie
să
de
ț
ină
rigiditatea
necesară
pentru
a
rezista
presiunilor
exercitate
de
ț
esutul
moale
din
vecinătatea
zonei
implantate.
De
asemenea,
materialul
trebuie
să
de
ț
ină
o
anumit
grad
de
plasticitate,
în
scopul
fasonării
acestuia
pentru
a
ob
ț
ine
o
membrană
cu
formă
ș
i dimensiune corespu nzătoare defectului osos.
Titanul,
spre
deosebire
de
alte
materiale,
prezintă
proprietă
ț
ile
mecanice
necesare,
rigiditatea
ș
i
plasticitatea
acestuia
fiind
optime
pentru
acest
tip
de
aplica
ț
ie,
însă
marginile
membranei,
dacă
nu
sunt
prelucrate
corespunzător,
pot
induce
irita
ț
ii
la
nivelul
mucoasei
ce
pot
determina
la
rândul
lor
expunerea membranei
ș
i risc ul apari
ț
iei unei infec
ț
ii [19].
Pentru
îmbunătă
ț
irea
proprietă
ț
ilor
mecanice
ale
politetrafor etenei,
aceasta
poate
fi
folosită
împreună
cu
o
plasă
de
titan,
sau
împreună
cu
material
de
umplere
a
defectului
osos
în
scopul
men
ț
inerii
spa
ț
iului
necesar.
Capacitatea
de
men
ț
inere
a
spa
ț
iului
defectului
osos
influen
ț
ează
direct
procesul
de
regenerare,
membranele
polimerice
având
performan
ț
e
reduse
comparativ
cu
cele
metalice.
O
serie
de
îmbunătă
ț
iri
aduse
se
referă
la
înglobarea
unor
materiale
ceramice
în
cadrul
materialului
polimeric(fosfa
ț
i
de
calciu),
membranele
compozite
astfel
ob
ț
inute
având
proprietă
ț
i
mecanice optime utilizării în procedura de regenerare [20].
1.5.2.2. Porozitatea
Porozitatea
membranei
este
o
altă
proprietate
importantă
ce
trebuie
controlată
pentru
a
ob
ț
ine
o
vindecare
eficientă
în
zona
implantată.
Dimensiunea
porilor
influen
ț
ează
difuzia
lichidelor,
oxigenului
ș
i
a
substan
ț
elor
biologic
active
ce
determină
proliferar ea
celulară
în
zona
implantată,
15
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
însă
o
dimensiune
a
porilor
mult
prea
mare
poate
determina
o
invazie
a
celulelor
ț
esuturilor
moi
adiacente,
fapt
ce
determină
inhibarea
proliferării
celulelor
osteoprogenitoare.
Pentru
membranele
utilizate
în
chirurgia
maxilofacială,
membranele
confec
ț
ionate
din
PTFE
cu
o
dimensiune
a
porilor
cuprinsă
între
5
ș
i
30
μm
facilitează
contaminarea
bacteriană
ș
i
adeziunea
ț
esutului
moale
la
nivelul
suprafe
ț
ei
defectului
[21].
Controlul
dimensiunii
porilor
folosind
un
material
polimeric
mai
dens
are
un
efect
sesizabil
asupra
riscului
de
contaminare
bacteriană,
o
dimensiune
a
porilor
de
aproximativ
0,2
μm
determinând
un
risc
de
contaminare
mai
scăzut,
eliminând
ș
i
riscul
populării
defectului
osos
cu
celule
non-osteoprogenitoare
[22].
De
asemenea,
hidrofobicitatea
ridicată
a
politetrafloretenei
ș
i
incapacitatea
acesteia
de
a
forma
legături
van
der
Waals
interferă
cu
abilitatea
microorganismelor
de a adera pe suprafa
ț
a mem branei.
Membranele
confec
ț
ionate
din
titan
cu
o
dimensiune
a
porilor
de
peste
1
mm,
în
ciuda
pătrunderii
celulelor
non-osteoprogenitoare
în
interiorul
defectului
osos,
prezintă
o
augmentare
osoasă
îmbunătă
ț
ită
[23].
Aceste
contradic
ț
ii
apărute
între
necesitat ea
limitării
proliferării
celulelor
ț
esuturilor
moi
adiacente
ș
i
rezultatele
pozitive
ob
ț
inute
în
urma
utilizării
membranelor
micro
ș
i
macroporoase
nu
oferă
informa
ț
ii
referitoare
la
dimensiunea
ideală
a
porilor
pe
care
o
poate
de
ț
ine
o
membrană.
1.5.2.3. Designul membranei
Membranele
confec
ț
ionate
din
colagen
pot
avea
diferite
structuri
ș
i
grosimi
în
func
ț
ie
de
sursa
de
proveni
en
ț
ă,
met
oda
de
ob
ț
inere
a
polimerului
ș
i
de
modalitatea
de
fabricare
a
membranei.
Aceste membrane de obicei prezintă fie o structură omogenă sau o structură dublu stratificată.
Membranele
dublu
stratificate
prezintă
un
strat
exterior
cu
pori
de
dimensiuni
mai
mari,
care
promovează
regenerarea
ț
esutului
moale
adiacent
zonei
implantate
ș
i
un
strat
interior
cu
pori
de
dimensiuni
mai
reduse
pentru
a
împiedica
proliferarea
celulelor
non-osteoprogenitoare
men
ț
inând
totodată fluxul nutrien
ț
ilor în zona de interes [11].
Grosimea
membranei
este
de
asemenea
un
factor
important,
influen
ț
ând
proprietă
ț
ile
mecanice
ale
membranei
ș
i
totodată
men
ț
inând
izolarea
defectul ui
osos.
Un
studiu
efectuat
pe
animale
de
laborator
a
arătat
că,
în
combina
ț
ie
cu
titanul
sau
cu
o
grefă
osoasă,
o
membrană
dublu
stratificată
ob
ț
inută
din
colagen
porcin
prezintă
o
regenerare
osoasă
îmbunătă
ț
ită
comparativ
cu
o
membrană
omogenă
ob
ț
inută
din
colagen
de
tip
I.
Utilizarea
aceluia
ș
i
tip
de
colagen
în
membranele
dublu
stratificate
au
mărit
timpul
de
resorb
ț
ie
al
grefei
osoase,
men
ț
inând
forma
membranei
pe
o
perioadă mai îndelungată [24].
16
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
1.5.3. Mecanismul biologic al regenerării osoase
Există
dovezi
ale
efectului
pozitiv
al
membranei
asupra
procesului
de
regenerare,
însă
majoritatea
studiilor
efectuate
s-au
concentrat
pe
aspectul
histologic
al
procesului,
studiile
orientate
pe
mecanismele
chimice
ș
i
biologice
ale
regenerării
fiind
în
număr
redus
[
8
].
În
ciuda
faptului
că
aspectul
histologic
poate
fi
folosit
ca
dovadă
a
reu
ș
itei
procedurii,
lipsa
unui
mecanism
biochimic
bine
determinat
nu
explică
efectul
pe
care
îl
are
prezen
ț
a
membranei
asupra
proceselor
ce
au
loc
în
timpul
regenerării
osoase
(inflamare,
formarea
osului,
remodelarea
osoasă).
Explica
ț
ia
adusă
de
cele
mai
multe
ori
este
aceea
că
membrana
promovează
regenerarea
osoasă
datorită
efectu
lui
de
barieră
pe
care
îl
are
împotriva
proliferării
celulelor
ț
esuturilor
moi
adiacente
zonei
implantate,
ș
i
nu
datorită proprietă
ț
ilor pe care materialul le de
ț
ine.
Un
studiu
experimental
efectuat
folosind
o
membrană
confec
ț
ionată
din
politetrafloretenă
pentru
tratarea
unui
defect
apărut
în
tibia
unui
ș
obolan
de
laborator
a
arătat
o
prezen
ț
ă
accentuată
a
celulelor
osteoprogenitoare
ș
i
a
osteocalcinei
în
zona
defectului
comparativ
cu
defectul
netratat.
O
altă
observa
ț
ie
importantă
este
faptul
că
în
zona
implantată
a
fost
declan
ș
ată
o
cre
ș
tere
a
expresivită
ț
ii
genelor
de
remodelare
tisulară,
cât
ș
i
o
cre
ș
tere
a
prezen
ț
ei
citokinelor
ș
i
interleukinelor inflamatorii în zona defectului [25].
Rezultate
asemănătoare
au
fost
ob
ț
inute
ș
i
în
cazul
membranelor
confec
ț
ionate
din
polimeri
bioresorbabili,
prezen
ț
a
facto rilor
de
regenerare
ș
i
remodelare
osoasă
fiind
de
asemenea
în
propor
ț
ie
mai
mare.
În
acela
ș
i
timp,
în
cadrul
studiului
ce
utiliza
materiale
resorbabile
s-a
putut
determina
influen
ț
a
membranei
asupra
mecanismelor
biomoleculare
apărute
în
timpul
procesului
de
regenerare,
prezen
ț
a
recepto rilor
de
chemokine(CXCR4)
ș
i
a
proteinelor
chemoatractante(MCP-1)
fiind
observată.
CXCR4
–
receptor
tip
4
al
chemokinelor
are
un
rol
important
în
atragerea
celulelor
stem
mezenchimale
ce
se
diferen
ț
iază
în
osteoblaste
în
zona
defectului,
iar
MCP-1
–
proteină
tip
1
chemoatractantă
de
monocite
determină
atragerea
precursorilor
osteoclastelor,
determinând
astfel
procesul de remodelare al osului [26,27].
1.6. Scopul lucrării
Scopul
acestei
lucrări
este
de
a
testa
viabilitatea
membranelor
hibride
confec
ț
ionate
din
acetat
de
celuloză
ș
i
hidrota lcit
în
scopul
utilizării
acestora
în
cadrul
procedurilor
de
augmentare
ș
i
regenerare
osoasă.
Aceste
materiale
sunt
eficiente
din
punct
de
vedere
economic,
utilizarea
cu
succes
a
acestora
mărind
spectrul
de
disponibilitate
pentru
pacien
ț
ii
defavoriza
ț
i
ce
ar
necesita
acest
gen de procedură medicală.
17
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
CAPITOLUL II. STUDIU PRACTIC
2.1. Materiale
ș
i meto de
Acetatul
de
celuloză
a
fost
procurat
de
la
Sigma
Aldrich,
iar
hidrotalcitul
a
fost
ob
ț
inut
în
laborator.
Pentru
sinteza
hidrotalcitului,
s-au
pregătit
3
solu
ț
ii:
solu
ț
ia
A
s-a
ob
ț
inut
prin
amestecarea
a
9,6
g
de
nitrat
de
magneziu
hexahidratat
ș
i
a
4,7
g
de
nitrat
de
aluminiu
monohidratat
cu
45
ml
apă.
Solu
ț
ia
B
s-a
ob
ț
inut
prin
amestecarea
a
3,6
g
de
SDS
(dodecil-sulfat
de
sodiu)
cu
45
ml
de
apă,
iar
solu
ț
ia
C
este
o
solu
ț
ie
de
amoniac
.
Toate
substan
ț
ele
utilizate
în
prepararea
solu
ț
iilor
au
fost
procurate
de
la
Sigma
Aldrich.
De
men
ț
ionat
este
faptul
că
apa
distilată
utilizată
în
aceste
solu
ț
ii
a
fost
ini
ț
ial
fiartă
timp
de
10
minute
cu
scopul
de
a
elimina
dioxidul
de
carbon
absorbit
din
atmosferă.
După
prepararea
celor
3
solu
ț
ii,
acestea
au
fost
adăugate
sub
picătură
simultan
într-un
balon
ce
con
ț
inea
50
ml
de
apă
distilată
fiartă,
men
ț
inând
pH-ul
amestecului
aproximativ
egal
cu
10
folosind
solu
ț
ia
C.
După
ce
au
fost
adăuga
ț
i
to
ț
i
reactan
ț
ii,
balonul
a
fost
acoperit
ș
i
lăsat
într-o
baie
cu
ulei
timp
de
2
zile
la
temperatura
de
80
℃
.
După
trecerea
timpului,
amestecul
este
filtrat,
iar
precipitatul a fost spălat folosind 500 ml apă distilată fiartă
ș
i lăsat să se usuce.
Pentru
a
ob
ț
ine
mem branele
hibride,
s-au
pregătit
multiple
solu
ț
ii
de
acetat
de
celuloză
în
DMF
–
dimetilformamidă,
la
care
s-au
adăugat
cantită
ț
i
diferite
de
hidrotalcit
pentru
a
ob
ț
ine
concentra
ț
ii
masice
de
1,
2
ș
i
4%.
Membranele
s-au
realizat
utilizând
metoda
turnării
în
bandă
urmată de precipitare prin inversie de fază prin imersare în scopul ob
ț
inerii unor straturi sub
ț
iri.
Metoda
turnării
în
bandă
presupune
turnarea
solu
ț
iei
polimerice
într-un
rezervor
prevăzut
cu
o
fantă
de
lă
ț
ime
cunoscută
ș
i
înăl
ț
ime
ajustabilă
cu
ajutorul
căreia
solu
ț
ia
polimerică
este
întinsă
pe
suprafa
ț
a
suportului.
Acest
suport
poate
fi
static
sau
dinamic
–
o
bandă
rulantă.
Ajustabilitatea
înăl
ț
imii fantei permite ob
ț
inerea unor filme de grosimi variabile, ad aptate aplica
ț
iilor în vigoare.
18
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Figura 9.
Schema unei instala
ț
ii de turnare în bandă: 1-Vas cu solu
ț
ie polimerică 2-Rezervor 3-Fantă
ajustabilă 4-Roată motoare 5-Bandă transportoare 6-Sensul deplasării benzii transportoare.
Sursă: https://www.piceramic.com/en/piezo-technology/manufacturing-technology/tape-technology/
Separarea
membranei
de
suport
ș
i
ob
ț
inerea
propriu-zisă
a
acesteia
se
face
prin
metoda
inversiei
de
fază.
Această
metodă
constă
în
imersarea
suportului
pe
care
a
fost
întinsă
solu
ț
ia
polimerică
într-o
cuvă
ce
con
ț
ine
nonsolvent
în
scopul
precipitării
acetatului
de
celuloză.
În
timpul
acestei
imersări,
nonsolventul
dizlocuie
ș
te
solventul,
fluxul
de
nonsolvent
apărut
generând
pori
asimetrici în membrană.
Figura 10.
Metoda inversiei de fază
Sursă:https://www.researchgate.net/figure/Phase-inversion-membranes-fabrication_fig1_28011279
0
Avantajul
inversiei
de
fază
prin
imersare
este
timpul
redus
în
care
are
loc
precipitarea,
însă
acest timp redus duce la un control mai s
căzut asu
pra dimensiunii porilor forma
ț
i.
19
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Figura 11.
Fluxul tehnologic al ob
ț
inerii membranelor hibride
2.2. Caracterizarea membranelor
2.2.1 Microscopia electronică de baleiaj – SEM
Membranele
au
fost
apoi
caracterizate
folosind
mai
multe
tehnici.
Din
punct
de
vedere
morfologic, caracterizarea a fost efectuată folosind microscopia electronică de baleiaj (SEM).
În
microscopul
electronic
de
baleiaj,
fasciculul
de
electroni,
produs
de
tunul
de
electroni,
este
micșorat
la
maximum
prin
intermediul
a
două
sau
trei
lentile
electromagnetice,
urmărindu-se
astfel
obținerea
unui
fascicul
extrem
de
îngust,
care
este
proiectat
pe
suprafața
probei.
Cu
ajutorul
a
două
bobine
de
deflexie,
plasate
în
interiorul
ultimei
lentile
electromagnetice,
activate
de
un
curent
produs
de
un
generator
de
baleiaj,
fasciculul
primar
de
electroni
astfel
focalizat,
este
determinat
să
efectueze
o
mișcare
în
zig
–
zag
(raster),
linie
cu
linie,
a
unei
zone
rectangulare
de
pe
suprafața
probei,
realizându-se
un
fel
de
măturare
a
acesteia.
La
orice
moment
din
timpul
de
scanare
a
suprafeței
probei,
fasciculul
de
electroni
iluminează
un
singur
punct
pe
tiparul
delimitat
pe
suprafața
probei.
Pe
măsură
ce
fasciculul
se
deplasează
pe
suprafața
probei
punct
cu
punct,
este
generată
o
20
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
variație
a
intensității
semnalului,
ceea
ce
va
reflecta
diferențele
prezente
pe
suprafața
probei
investigate. Semnalul de ieșire obținut va fi o înșiruire de date formate din curenți seriali.
Figura 12.
Diagrama de func
ț
ionare a unui microscop electronic de
baleiaj
Sursă: http://www.cuantumdoc.tuiasi.ro/desfasurare/Metode%20si%20tehnici%20SIM%201.pdf
Semnalul
obținut
pentru
formarea
imaginii
în
microscopia
electronică
de
baleiaj
nu
este
obținut
numai
din
suprafața
probei
analizate.
Fasciculul
de
electroni
penetrează
o
anumită
distanță
în
interiorul
probei
și
poate
interacționa
o
dată
sau
de
mai
multe
ori
de-a
lungul
traiectoriei
sale.
Regiunea
din
probă
dintre
care
semnalul
original
și
scăpările
subsecvențiale
care
nu
mai
pot
fi
detectate, se numește volum de interacție.
Contrastul
în
imagine
este
definit
ca
fiind
diferența
de
stălucire
între
două
zone
învecinate,
care
crește
cu
diferența
de
grosime
și
densitate
în
zonele
corespunzătoare
ale
obiectului,
cu
micșorarea deschiderii diafragmei lentilei obiectiv, precum și cu tensiunea de accelerare.
Aceste
moduri
de
lucru
sunt
strâns
legate
între
ele
datorită
modului
similar
de
colectare
a
semnalului
electronic.
Randamentul
electronilor
reflectați
și
randamentul
de
emisie
al
electronilor
secundari
depinde,
în
ambele
cazuri,
de
variația
în
număr
atomic
(compoziția)
sau
de
topografia
(microrelieful suprafeței) probei.
Tunul
de
electroni
este
constituit
dintr-o
sursă
de
electroni
(filament),
care
joacă
rolul
catodului,
un
anod
și
un
electrod
de
focalizare
(cilindru
Wehnelt).
Funcționarea
sursei
de
electroni
se
bazează
pe
două
fenomene
fizice:
emisia
termoelectronică,
constând
în
emiterea
de
electroni
din
suprafața
metalelor
încălzite
și
emisia
prin
efect
de
câmp
în
care
electronii
sunt
eliberați
din
metal
prin acțiunea unui câmp electric intens plasat în apropierea metalului.
21
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Mărimea semnalelor obținute, depinde de trei factori:
●
grosimea probei investigate;
●
compoziția chimică a acesteia;
●
tensiunea de accelerare a electronilor.
Morfologia membranei a fost studiată folosind un microscop FEI XL-30-ESEM TMP.
Figura 13.
Micrografie electronică de baleiaj a membranei AC
Figura 14.
Micrografie electronică de baleiaj a membranei AC-1% LDH
22
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Figura 15.
Micrografie electronică de baleiaj a membranei AC-2% LDH
Figura 16.
Micrografie electronică de baleiaj a membranei AC-4% LDH
.
În
imagine
se
observă
că
o
dată
cu
cre
ș
terea
concentra
ț
iei
de
hidrotalcit,
datorită
hidrofilicită
ț
ii
ridicate
a
acestuia,
viteza
de
coagulare
a
membranei
cre
ș
te
foarte
mult.
La
precipitarea
membranei,
când
nesolventul
părăse
ș
te
filmul
de
solu
ț
ie
de
polimer,
acesta
antrenează
de
la
baza
acesteia
cantită
ț
i
mult
mai
mari
de
polimer.
Întrucât
cantitatea
de
polimer
din
film
este
aceea
ș
i
pentru
toate
probele ,
stratul
activ
fiind
având
o
grosime
mai
mare,
grosimea
membranei
scade cu cre
ș
terea procentulu i de hidrotalcit.
23
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Tabel 2.
Grosimea membranelor compozite ob
ț
inute
Proba
Grosime (μm)
AC
338,11
AC-1%LDH
162,83
AC-2%LDH
215,76
AC-4%LDH
134,05
2.2.2. Analiză termogravimetrică (TGA)
ș
i analiză termică diferen
ț
ială (DTA)
Analiza
termogravimetrică
este
o
tehnică
de
analiză
termică
ce
constă
în
măsurarea
schimbărilor
masei
unei
probe
odată
cu
cre
ș
terea
temperaturii
într-o
atmosferă
controlată.
Termogravimetria
oferă
o
serie
de
informa
ț
ii
deosebit
de
importante
ce
pot
fi
utilizate
în
vederea
selectării
aplicabilită
ț
ii
mate rialului,
predic
ț
ia
performan
ț
elor
produselor
ș
i
stabilirea
unor
strategii
în vederea îmbunătă
ț
irii calit ă
ț
ii produsului.
Această
metodă
de
analiză
termică
este
utilă
studierii
materialelor
polimerice
incluzând
termoplasticele,
termoreactivele
ș
i
elastomerii.
Această
metodă
poate
fi
aplicată
ș
i
în
cazul
materialelor
multicomponente
cum
ar
fi
compozitele,
vopsele
ș
i
materiale
de
acoperire
cât
ș
i
în
cazul filmelor, fibrelor
ș
i age n
ț
ilor de ranforsare.
Figura 17.
Schema unei instala
ț
ii de realizarea a analizei termogravimetrice
Sursă
:
https://pdfs.semanticscholar.org/0d37/5369ceb64fdca2cf54f865b1e0aaf0396ea6.pdf
Principalele aplica
ț
ii ale analizei termogravimetrice sunt:
●
studierea termostabilită
ț
ii polimerilor;
●
studierea stabilită
ț
ii oxidative a polimerilor;
●
determinarea con
ț
inutului de umiditate;
●
studiul cinetic al anumitor reac
ț
ii în prezen
ț
a unor gaze reactive.
24
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Termostabilitatea
materialului
este
studiată
într-un
interval
de
temperatură
bine
determinat.
Dacă
materialul
testat
nu
înregistrează
pierderi
de
masă
semnificative,
proba
testată
poate
fi
considerată
termostabilă.
De
asemenea,
stabilind
intervalul
de
termostabilitate,
se
poate
determina
temperatura
maximă
la
care
materialul
poate
fi
folosit
în
siguran
ț
ă.
Majoritatea
polimerilor
se
degradează
complet
în
jurul
temperaturii
de
200
℃
,
însă
polimerii
considera
ț
i
termostabili
pot
avea
o
temperatură
de
degradare
ce
poate
ajunge
la
valoarea
de
300
℃
în
aer
sau
500
℃
în
atmosferă
inertă.
Pierderile
de
masă
înregistrate
în
urma
unei
reac
ț
ii
de
oxidare
sunt
printre
cele
mai
comune
cauze ale pierderilor masice de masă în timpul analizelor termogravimetrice.
Figura 18.
Termogravimetru Q500 TA Instruments
Sursă:
http://www.tsocm.pub.ro/APMG/laboratories.html
Analiza
termostabilită
ț
ii
membranelor
hibride
s-a
realizat
folosind
un
termogravimetru
Q500
TA
Instruments,
descris
în
figura
17,
utilizând
o
atmosferă
de
azot,
încălzind
proba
de
la
temperatura camerei la temperatura de 800
℃
având o rată de încălzire de 10
℃
/minut.
Figura 19.
Curbele TG pentru membrana de AC
ș
i membranele compozite
25
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
În
figura
18
se
poate
observa
comportamentul
membranelor
în
urma
încălzirii
acestora.
Pierderea
majoră
de
masă
are
loc
în
intervalul
300-400
℃
aceasta
datorându-se
degradării
termice
a
acetatului
de
celuloză.
Dintre
toate
membranele,
cea
cu
concentra
ț
ia
cea
mai
mare
de
hidrotalcit
(4
%
masic
)
înregistrează
pierderea
cea
mai
mică
–
în
jur
de
90%,
comparativ
cu
cea
din
acetat
de
celuloză pur – 98%.
Figura 20
.
Curbele DTG pentru membrana de AC si membranele compozite
Tabel 3.
Rezultatele analizei termice aplicată membranelor
Probă
Wt.(%)
Td 10% (
℃
)
Tmax (
℃
)
AC
97
293
334
AC-1%LDH
94
292
356
AC-2%LDH
95
306
355
AC-4%LDH
89
310
359
În
urma
acestor
analize
termice
se
remarcă
faptul
că
termostabilitatea
membranelor
este
mult
mai
ridicată
în
cazul
membranelor
ce
au
în
componen
ț
a
lor
hidrotalcit,
cea
mai
mare
termostabilitate fiind înregistrată în cazul membranelor cu 4% LDH.
2.2.3. Spectroscopie în infraro
ș
u cu transformată Fourier (FT-IR)
Spectroscopia
în
infraro
ș
u
cu
transformată
Fourier
este
o
tehnică
de
determinare
a
spectrului
de
absorb
ț
ie
sau
de
emis ie
a
unei
substan
ț
e.
Un
spectru
în
infraro
ș
u
este
reprezentarea
26
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
caracteristicilor
spectrale
ale
unei
probe
în
func
ț
ie
de
frecven
ț
a
sau
lungimea
de
undă
a
radia
ț
iilor
cu
care interac
ț
ionează.
Figura 21.
Principiul func
ț
ionării spectroscopului cu infraro
ș
u
Într-o
moleculă,
pozi
ț
iile
relative
ale
atomilor
variază
în
permanen
ț
ă,
existând
un
număr
mare
de
moduri
de
vibra
ț
ie
ș
i
rota
ț
ie
în
jurul
legăturilor
din
moleculă.
Pot
exista
foarte
multe
moduri
de
vibra
ț
ie,
chiar
ș
i
pentru
moleculele
simple,
dar
ele
pot
fi
reduse,
prin
însumare
sau
diferen
ț
ă,
la
un
număr
mai
mic
ș
i
vor
fi
denumite
moduri
normale
de
vibra
ț
ie.
Numărul
modurilor
normale
de
vibra
ț
ie
ale
unei
molecule
depinde
de
numărul
de
atomi
pe
care
îl
con
ț
ine
ș
i
implicit,
de
numărul
de
grade
de
libertate
determinate.
În
cazul
moleculelor
diatomice
sau
triatomice,
este
relativ
u
ș
or
de
definit
natura
vibra
ț
iilor
ș
i
corelarea
acestora
cu
energiile
de
absorb
ț
ie.
Acest
tip
de
analiză
este
totu
ș
i
imposibil ă
pentru
moleculele
ce
con
ț
in
un
număr
mare
de
atomi
în
componen
ț
ă,
acestea
având
un
număr
mare
de
centre
de
vibra
ț
ie,
fiind
absolut
necesar
să
se
ț
ină
cont
de
interac
ț
iunile ce pot apărea î ntre acestea.
Scopul
metodelor
spectroscopice
este
acela
de
a
măsura
capacitatea
unei
probe
de
a
absorbi
radia
ț
ii
luminoase
cu
diferite
lungimi
de
undă.
Principiul
de
bază
este
de
a
măsura
energia
absorbită
în
urma
expunerii
la
o
radia
ț
ie
monocromatică
ș
i
repetarea
măsurătorii
pentru
fiecare
lungime
de
undă disponibilă.
Spectroscopia
în
infraro
ș
u
cu
transformată
Fourier
este
una
din
metodele
de
a
ob
ț
ine
aceste
informa
ț
ii.
Diferen
ț
a
este
faptul
că
fasciculul
de
lumină
con
ț
ine
o
combina
ț
ie
de
lungimi
de
undă
diferite,
iar
detectorul
înregistrează
cantitatea
de
energie
absorbită
pentru
fiecare
fascicul.
Acest
proces
este
de
asemenea
repetat
folosind
fascicule
ce
con
ț
in
combina
ț
ii
diferite
de
fascicule
monocromatice.
Un
computer
preia
datele
astfel
ob
ț
inute
ș
i
determină
energia
absorbită
de
probă
pentru fiecare lungime de undă a spectrului utilizat.
Lumina
utilizată
în
spectroscopia
în
infraro
ș
u
provine
de
la
o
sursă
de
bandă
largă.
Aceasta
trece
apoi
printr-un
interferometru
Michelson,
care
constă
într-un
ansamblu
de
oglinzi,
dintre
care
una
este
mobilă.
Odată
cu
mi
ș
carea
acestei
oglinzi
fiecare
fascicul
monocromatic
este
transmis
ș
i
blocat
periodic,
datorită
fenomenului
de
interferen
ț
ă.
Diferite
lungimi
de
undă
sunt
modulate
diferit,
astfel încât fasciculul ce părăse
ș
te interferometrul va avea un spectru diferit.
27
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Într-un
interferometru
Michelson
adaptat
pentru
spectroscopia
în
infraro
ș
u,
radia
ț
ia
infraro
ș
ie
policromatică
este
trecut
printr-un
divizor
de
fascicul.
În
condi
ț
ii
ideale,
50%
din
lumină
este
refractată
către
oglinzile
fixe,
iar
cealaltă
jumătate
către
oglinda
mobilă.
Lumina
este
apoi
reflectată
către
divizorul
de
fascicul
ș
i
o
frac
ț
iune
din
fasciculul
emis
ini
ț
ial
este
direc
ț
ionat
către
probă. După ce proba a fost expusă, fasciculul luminos este redirec
ț
ionat către un detector.
Figura 22.
Schema unui interferometru Michelson: S-Sursă de lumină, O
₁
,O
₂
-oglinzi, L-lunetă
Sursă: http://www.scritub.com/stiinta/fizica/Experienta-MichelsonMorley95647.php
Diferen
ț
a
lungimii
dintre
cele
două
bra
ț
e
ale
interferometrului
(cel
cu
oglinda
fixă
ș
i
cel
cu
oglinda
mobilă)
este
denumită
ș
i
diferen
ț
ă
de
drum
optic
sau
întârzie re.
Interferograma
este
ob
ț
inută
variind
întârzierea
ș
i
înregi strând
semnalul
de
la
detector
pentru
valori
diferite
ale
diferen
ț
ei
de
drum
optic.
Forma
interferogramei
atunci
când
nu
sunt
prezente
probe
depinde
de
sursa
luminoasă
ș
i
de
eficien
ț
a
divizorului
de
fascicul.
De
aici
rezultă
că
maximul
este
înregistrat
la
o
diferen
ț
ă
de
drum
optic
nulă
urmată
de
o
serie
de
oscila
ț
ii,
când
apare
o
interferen
ț
ă
constructivă
între
toate
lungimile de undă prezente în fasciculul luminos.
Figura 23.
Modelul unei interferograme FTIR: maximul central este înregistrat când diferen
ț
a de drum optic
este minimă – la detector ajunge cantitatea maximă de lumină disponibilă
Sursă:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d4/FTIR-interferogram.svg/800px-FTIR-int
erferogram.svg.png
28
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Pentru
a
analiza
o
probă,
interferograma
este
măsurată
de
la
diferen
ț
a
minimă
de
drum
optic
până
la
o
valoare
maximă
aleasă
în
func
ț
ie
de
rezolu
ț
ia
necesară.
Teoretic,
măsurătorile
pot
avea
loc
fa
ț
ă
de
ambele
păr
ț
i
ale
minimului
diferen
ț
ei
de
drum
optic,
însă
limitările
designului
permit
ob
ț
inerea
unei
rezolu
ț
ii
optime
în
condi
ț
iile
în
care
măsurătorile
au
loc
doar
fa
ț
ă
de
o
singură
parte.
Interferograma astfel ob
ț
inută este transformată într-un spectru folosind transformata Fourier.
Rezultatul
transformării
Fourier
este
un
spectru
al
semnalului
la
o
serie
de
lungimi
de
undă
discrete.
Intervalul
de
lungimi
de
undă
care
poate
fi
utilizat
în
calcul
este
limitat
de
separarea
punctelor
de
date
în
interferogramă.
Cea
mai
scurtă
lungime
de
undă
care
poate
fi
recunoscută
este
de
două
ori
separarea
dintre
aceste
puncte
de
date.
De
exemplu,
cu
un
punct
pe
lungimea
de
undă
a
unui
laser
de
referin
ț
ă
heliu -neon
la
0,633
μm
(15800
cm
⁻
¹),
lungimea
de
undă
cea
mai
mică
ar
fi
1,266
μm
(7900
cm
⁻
¹).
Din
cauza
alian
ț
ei,
orice
energie
la
lungimi
de
undă
mai
scurte
ar
fi
interpretată
ca
provenind
de
la
lungimi
de
undă
mai
lungi
ș
i
astfel
trebuie
minimizată
optic
sau
electronic.
Rezolu
ț
ia
spectr ală,
adică
separarea
între
lungimile
de
undă
care
pot
fi
distinse,
este
determinată
de
diferen
ț
a
de
drum
maximă.
Lungimile
de
undă
utilizate
în
calculul
transformării
Fourier
sunt
astfel
încât
un
număr
exact
de
lungimi
de
undă
se
încadrează
în
lungimea
interferogramei
de
la
zero
la
diferen
ț
a
de
drum
maximă.
Acest
lucru
are
ca
rezultat
un
spectru
cu
puncte separate prin intervale de frecven
ț
ă egale.
Figura 24 .
Spectrometrul Bruker VERTEX 70
Sursă:
http://www.tsocm.pub.ro/APMG/laboratories.html
Pentru
a
caracteriza
din
punct
de
vedere
structural
membranele,
am
utilizat
un
spectrometru
Bruker VERTEX 70 ce folose
ș
te 32 de scanări cu o rezolu
ț
ie de 4 cm
⁻
¹ în regiunea 4000-600 cm
⁻
¹.
29
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Figura 25.
S
pectrul FT-IR pentru membrana de AC si membranele compozite
Conform
spectrului
FTIR,
membranele
compozite
prezintă
un
spectru
similar
celui
caracteristic
acetatului
de
celuloză,
fapt
ce
ar
putea
explica
integrarea
hidrotalcitului
în
membrana
polimerică, lucru dovedit
ș
i prin micrografiile electronice de baleiaj.
2.3. Studiu asupra capacită
ț
ii de reten
ț
ie
2.3.1. Filtrarea la vid
Pentru
a
determina
comportamentul
membranelor
în
condi
ț
iile
de
implantare,
membranele
au
fost
supuse
unei
opera
ț
ii
de
filtrare
la
vid.
Solu
ț
ia
utilizată
pentru
studiul
capacită
ț
ii
de
reten
ț
ie
a
fost
o
solu
ț
ie
de
albumină
serică
bovină
–
BSA
cu
concentra
ț
ie
masică
de
1%,
aceasta
fiind
standardul
pentru
studierea
reten
ț
iei
proteinelor
prin
membrane.
De
asemenea,
în
cadrul
acestei
analize
s-a
determinat
fluxul
solu
ț
iei
prin
membrană,
în
scopul
determinării
capacită
ț
ii
acesteia
de
a
permite trecerea fluidelor biologice în zona implantată.
Figura 26.
Schema unei instala
ț
ii de filtrare la vid: 1-Membrană de filtrare; 2-Pâlnie
Büchner; 3-Garnitură
de izolare; 4-Pahar Büchner; 5-Tub de aer; 6-Pahar de vid; 7-Robinet de apă; 8-Pompă de vid
Sursă:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c4/Sch%C3%A9ma_de_la_filtration_sous_
vide.png/1024px-Sch%C3%A9ma_de_la_filtration_sous_vide.png
30
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
În
condi
ț
ii
obi
ș
nuite,
filtrarea
la
vid
este
folosită
pentru
separarea
solidelor
dintr-un
fluid.
Prin
curgerea
prin
aspirator,
apa
va
aspira
aerul
con
ț
inut
în
balonul
de
vid
ș
i
în
vasul
Büchner.
Prin
urmare,
există
o
diferen
ț
ă
de
presiune
între
exteriorul
ș
i
interiorul
baloanelor:
con
ț
inutul
pâlniei
Büchner
este
aspirat
spre
vasul
de
vid.
Filtrul,
care
se
află
în
partea
inferioară
a
pâlniei
Büchner,
separă
solidele
de
lichide.
Reziduul
solid,
care
rămâne
în
partea
superioară
a
pâlniei
Büchner,
este,
prin
urmare,
recuperat
mai
eficient:
este
mult
mai
uscat
decât
ar
fi
cu
o
filtrare
simplă.
Sigiliul
din
cauciuc
asigură
că
aparatul
este
închis
ermetic,
împiedicând
trecerea
aerului
între
pâlnia
Büchner
ș
i
vasul
de
vid.
Men
ț
ine
vacuu mul
în
aparat
ș
i,
de
asemenea,
evită
punctele
fizice
de
stres
(contactul
sticlă împotriva sticlei).
Scopul
acestui
studiu
este
acela
de
a
verifica
permitivitatea
membranei
ș
i
rata
de
reten
ț
ie
a
acesteia.
În
analiza
fluxului
s-a
studiat
volumul
de
solvent
care
trece
prin
membrană
în
unitatea
de
timp
ș
i
de
suprafa
ț
ă.
Rata
reten
ț
iei
a
fost
verificată
comparând
concentra
ț
ia
filtratului
cu
concentra
ț
ia ini
ț
ială a solu
ț
iei.
Tabel 3.
Fluxul solu
ț
iei prin membrană în urma filtrării la vid
Probă
Flux (L/m²*h)
AC
15,274
AC-1%LDH
36,658
AC-2%LDH
73,316
AC-4%LDH
26,184
În
urma
analizei
fluxului
solu
ț
iei
de
albumină,
s-a
observat
faptul
că
membrana
ce
prezintă
o
concentra
ț
ie
de
hidrotalcit
de
2%
permite
o
permitivitate
mai
mare
comparativ
cu
celelalte
tipuri
de
membrane.
Acest
lucru
se
datorează
cre
ș
terii
caracterului
hidrofil
generat
de
prezen
ț
a
LDH-ului
in
membrana
compozită.
Acest
lucru
ne
poate
indica
faptul
că
utilizarea
acesteia
în
cadrul
procedurii
de regenerare osoasă aceasta ar permite un flux optim al fluidelor biologice.
2.3.2. Determinarea ratei de reten
ț
ie
Studiul ratei de reten
ț
ie s-a realizat comparând concentra
ț
ia solu
ț
iei de albumină înainte
ș
i
după trecerea prin membrană. Acest lucru s-a realizat cu ajutorul spectroscopiei UV-Vis.
31
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
2.3.2.1. Spectroscopia UV-Vis
Spectroscopia
UV
/
Vis
este
utilizată
în
mod
obi
ș
nuit
în
chimia
analitică
pentru
determinarea
cantitativă
a
diferi
ț
ilor
anali
ț
i,
cum
ar
fi
ionii
de
metale
tranzi
ț
ionale,
compu
ș
ii
organici
cu
grad
ridicat
de
conjugare
ș
i
macromoleculele
biologice.
Analiza
spectroscopică
se
realizează în mod obi
ș
nuit în solu
ț
ii, dar pot fi studiate solide
ș
i gaze.
Solu
ț
iile
ionilor
de
metale
tranzi
ț
ionale
pot
fi
colorate
(adică
absorb
lumina
vizibilă)
deoarece
electronii
d
din
atomii
de
metal
pot
fi
excita
ț
i
dintr-o
stare
electronică
în
alta.
Culoarea
solu
ț
iilor
de
ioni
metalici
este
puternic
afectată
de
prezen
ț
a
altor
specii,
cum
ar
fi
anumi
ț
i
anioni
sau
liganzi.
De
exemplu,
culoarea
unei
solu
ț
ii
diluate
de
sulfat
de
cupru
este
albastru
deschis;
adăugarea
amoniacului
intensifică
culoarea
ș
i
modifică
lungimea
de
undă
a
absorb
ț
iei
maxime.
Compu
ș
ii
organici,
în
special
cei
cu
grad
ridicat
de
conjugare,
absorb
ș
i
lumina
din
regiunile
UV
sau
vizibile
ale
spectrului
electromagnetic.
Solven
ț
ii
pentru
aceste
determinări
sunt
adesea
apa
pentru
compu
ș
i
solubili
în
apă
sau
etanol
pentru
compu
ș
i
solubili
în
substan
ț
e
organice
(Solven
ț
ii
organici
pot
avea
o
absorb
ț
ie
UV
semnificativ ă,
nu
to
ț
i
solven
ț
ii
sunt
adecva
ț
i
pentru
a
fi
utiliza
ț
i
în
spectroscopia
UV).
Polaritatea
solven
ț
ilor
ș
i
pH-ul
pot
afecta
spectrul
de
absorb
ț
ie
al
unui
compus
organic.
Tirozina,
de
exemplu,
măre
ș
te
maximul
de
absorb
ț
ie
ș
i
coeficientul
de
extinc
ț
ie
molară
când
pH-ul
cre
ș
te de la 6 la 13 sau când polaritatea solventului scade.
Legea
Lambert-Beer
afirmă
că
absorb
ț
ia
unei
solu
ț
ii
este
direct
propor
ț
ională
cu
concentra
ț
ia
speciilor
absorb ante
în
solu
ț
ie
ș
i
lungimea
căii.
Astfel,
pentru
o
lungime
a
traseului
fix,
spectroscopia
UV-Vis
poate
fi
utilizată
pentru
a
determina
concentra
ț
ia
solutului
dintr-o
solu
ț
ie.
Este
necesar
să
se
ș
tie
cât
de
rapid
se
schimbă
absorban
ț
a
cu
concentra
ț
ia.
Acest
lucru
poate
fi
luat
din
referin
ț
e
(tabele
ale
coeficien
ț
ilor
de
extinc
ț
ie
molari)
sau,
mai
exact,
determinat
pe
baza
unei
curbe de calibrare.
Un
spectrofotometru
UV-Vis
poate
fi
utilizat
ca
detector
pentru
HPLC.
Prezen
ț
a
unui
analit
dă
un
răspuns
presupus
a
fi
propor
ț
ional
cu
concentra
ț
ia.
Pentru
rezultate
precise,
răspunsul
instrumentului
trebuie
comparat
cu
răspunsul
unui
standard;
acest
lucru
este
foarte
similar
cu
utilizarea
curbelor
de
calibrare.
Răspunsul
(de
exemplu,
înăl
ț
imea
vârfului)
pentru
o
anumită
concentra
ț
ie este cunoscut ca factor de răspuns.
32
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Figura 27.
Modelul unei curbe de calibrare pentru un spectroscop UV-Vis
Sursă: https://www.annabac.com/annales-bac/spectroscopie-uv-visible
Figura 28.
Modelul unui spectru de absorb
ț
ie UV-Vis
Sursă: http://www.chem.ucla.edu/~harding/IGOC/U/ultraviolet_spectroscopy.html
Lungimile
de
undă
ale
vârfurilor
de
absorb
ț
ie
pot
fi
corelate
cu
tipurile
de
legături
dintr-o
moleculă
dată
ș
i
sunt
valoroase
pentru
determinarea
grupurilor
func
ț
ionale
dintr-o
moleculă.
Regulile
Woodward-Fieser,
de
exemplu,
reprezintă
un
set
de
observa
ț
ii
empirice
utilizate
pentru
a
prezice
lungimea
de
undă
a
absorb
ț
iei
cele
mai
intense
UV-Vis
pentru
compu
ș
ii
organici
conjuga
ț
i
cum
ar
fi
dienele
ș
i
cetonele .
Numai
spectrul
nu
este,
totu
ș
i,
un
test
specific
pentru
un
e
ș
antion
dat.
Natura
solventului,
pH-ul
solu
ț
iei,
temperatura,
concentra
ț
iile
ridicate
de
electroli
ț
i
ș
i
prezen
ț
a
substan
ț
elor
interferente
pot
influen
ț
a
spectrul
de
absorb
ț
ie.
Varia
ț
iile
experimentale,
cum
ar
fi
lă
ț
imea
fantei
(lă
ț
imea
de
bandă
efectivă)
a
spectrofotometrulu i,
vor
modifica,
de
asemenea,
33
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
spectrul.
Pentru
a
aplica
spectroscopia
UV
/
Vis
la
analiză,
aceste
variabile
trebuie
să
fie
controlate
sau contabilizate pentru a identifica substan
ț
ele prezente.
Metoda
este
cel
mai
des
utilizată
într-un
mod
cantitativ
pentru
a
determina
concentra
ț
iile
unei specii absorbante în solu
ț
ie, folosind legea Lambert-Beer:
g
(
I
ₒ
/
I
)
c
L
,
A
=
l
=
ε
unde
A
este
absorban
ț
a
măsurată
,
I
ₒ
este
intensitatea
luminii
incidente
la
o
anumită
lungime
de
undă,
I
este
intensitatea
transmisă,
L
lungimea
căii
prin
probă
ș
i
c
concentra
ț
ia
speciilor
absorbante.
Pentru
fiecare
specie
ș
i
lungime
de
undă,
ε
este
o
constantă
cunoscută
sub
numele
de
coeficient
de
absorb
ț
ie
sau
de
extinc
ț
ie
molară.
Această
constant ă
este
o
proprietate
moleculară
fundamentală într-un solvent dat, la o anumită temperatură
ș
i presiune.
Figura 29.
Schema unui spectroscop UV-Vis
Sursă: http://guve.securid.co/uv-vis-spectroscopy/
Componentele
de
bază
ale
unui
spectrofotometru
sunt
o
sursă
de
lumină,
un
suport
pentru
e
ș
antion,
o
re
ț
ea
de
difrac
ț
ie
într-un
monocromator
sau
o
prismă
pentru
a
separa
diferitele
lungimi
de
undă
ale
luminii
ș
i
un
detector.
Sursa
de
radia
ț
ii
este
adesea
un
filament
de
tungsten
(300-2500
nm),
o
lampă
cu
arc
de
deuteriu,
care
este
continuă
peste
regiunea
ultravioletă
(190-400
nm),
lampă
cu
arc
de
xenon,
care
este
continuă
de
la
160
la
2000
nm.
Detectorul
este
de
obicei
un
tub
fotomultiplicator,
o
fotodiodă,
o
matrice
fotodiodă
sau
un
dispozitiv
cuplat
cu
încărcătură.
Detectoarele
fotodiodă
unice
ș
i
tuburile
fotomultiplicatoare
sunt
utilizate
cu
monocromatografii
de
34
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
scanare,
care
filtrează
lumina
astfel
încât
numai
lumina
cu
o
singură
lungime
de
undă
să
ajungă
simultan
la
detector.
Monocromatorul
de
scanare
deplasează
re
ț
eaua
de
difrac
ț
ie
pentru
a
permite
trecerea
fiecărei
lungimi
de
undă,
astfel
încât
intensitatea
sa
să
poată
fi
măsurată
ca
o
func
ț
ie
a
lungimii
de
undă.
Deoarece
ambele
dispozitive
sunt
alcătuite
din
mai
mul
ț
i
detectori
grupa
ț
i
într-o
re
ț
ea
de
două
sau
mai
multe
dimensiuni,
ace
ș
tia
pot
să
colecteze
simultan
lumină
cu
diferite
lungimi
de undă pe pixeli diferi
ț
i sau grupuri de pixeli.
Un
spectrofotometru
poate
fi
un
singur
fascicul
sau
un
fascicul
dublu.
Într-un
instrument
cu
un
singur
fascicul,
toată
lumina
trece
prin
celula
probei.
I
ₒ
trebuie
măsurată
prin
eliminarea
e
ș
antionului.
Acesta
este
cel
mai
vechi
design
ș
i
este
încă
în
uz
comun
atât
în
laboratoarele
didactice, cât
ș
i în cele indus triale.
Într-un
instrument
cu
fascicul
dublu,
lumina
este
împăr
ț
ită
în
două
fascicule
înainte
de
a
ajunge
la
probă.
Un
singur
fascicul
este
folosit
ca
referin
ț
ă;
celălalt
fascicul
trece
prin
probă.
Intensitatea
fasciculului
de
referin
ț
ă
este
luată
ca
având
valoare
maximă,
iar
valoarea
afi
ș
ată
este
raportul dintre cele două intensită
ț
i.
Probele
pentru
spectrofotometria
UV-Vis
sunt
cel
mai
adesea
lichide,
de
ș
i
absorb
ț
ia
gazelor
ș
i
chiar
a
solidelor
poate
fi,
de
asemenea,
măsurată.
Probele
sunt
în
mod
obi
ș
nuit
plasate
într-o
celulă
transparentă,
cunoscută
ca
o
cuvă.
Cuvele
sunt
paralelipipedice,
de
obicei
cu
o
lă
ț
ime
interioară
de
1
cm(această
lă
ț
ime
devine
lungimea
căii,
L,
în
Legea
Lambert-Beer).
Tuburile
de
test
pot
fi,
de
asemenea,
folosite
cu
rol
de
cuvă
în
unele
instrumente.
Tipul
recipientului
de
e
ș
antion
utilizat
trebuie
să
permită
trecerea
radia
ț
iei
din
regiunea
spectrală
de
interes.
Celulele
cele
mai
aplicabile
sunt
fabricate
din
siliciu
topit
de
calitate
superioară
sau
sticlă
de
cuar
ț
,
deoarece
acestea
sunt
transparente
în
regiunile
UV,
vizibile
ș
i
în
apropierea
infraro
ș
iilor.
Cuvele
de
sticlă
ș
i
plastic
sunt
de
asemenea
comune,
de
ș
i
sticla
ș
i
cele
mai
multe
materiale
plastice
absorb
lumina
UV,
ceea
ce le limitează utilitatea la lungimi de undă vizibile.
Un
spectru
complet
al
absorb
ț
iei
la
toate
lungimile
de
undă
de
interes
poate
fi
adesea
produs
direct
de
un
spectrofotometru
mai
sofisticat.
În
instrumentele
mai
simple
absorb
ț
ia
este
determinată
la
o
lungime
de
undă
la
un
moment
dat
ș
i
apoi
compilată
într-un
spectru
de
către
operator.
Prin
eliminarea
dependen
ț
ei
de
concentra
ț
ie,
coeficientul
de
extinc
ț
ie
(ε)
poate
fi
determinat
ca
o
func
ț
ie
a lungimii de undă.
35
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Figura 30.
Spectroscop UV-Vis-NIR Shimadzu UV-3600
Sursă: http://www.tsocm.pub.ro/APMG/laboratories.html
Pentru
a
compara
concentra
ț
iile
solu
ț
iilor
înainte
ș
i
după
filtrare,
a
fost
utilizat
un
spectroscop
UV-Vis-NIR
Shimadzu
UV-3600
,
radia
ț
ia
utilizată
având
o
lungime
de
undă
de
277
nm, cuvele folosite având o grosime de 1 cm, absorban
ț
ele ob
ț
inute fiind înregistrate în tabelul 4.
Tabel 4.
Absorban
ț
a solu
ț
iilor în urma analizei spectroscopice
Probă
Concentra
ț
ie (g/l)
Solu
ț
ie albumină 1g/l (martor)
0,705
AC
0,824
AC-1%LDH
0,921
AC-2%LDH
0,839
AC-4%LDH
0,953
În
urma
acestor
determinări,
având
în
vedere
că
singura
mărime
variabilă
din
cadrul
acestor
determinări
este
concentra
ț
ia,
a
cărei
rela
ț
ii
fa
ț
ă
de
absorban
ț
a
este
una
de
propor
ț
ionalitate
directă,
am
determinat
faptul
că
membrana
realizată
din
acetat
de
celuloză
prezintă
reten
ț
ia
cea
mai
mare
urmată
îndeaproape
de
cea
cu
2%
hidrotalcit.
Reten
ț
ia
cea
mai
mică
s-a
înregistrat
în
cazul
membranei cu 4% hidrotalcit.
2.4. Studiu asupra capacită
ț
ii de mineralizare
Având
în
vedere
scopul
utilizării
acestor
membrane,
este
necesar
să
determinăm
ș
i
poten
ț
ialul
de
mineralizare
al
membranelor
sintetizate
.
Aceasta
s-a
realizat
folosind
metoda
Taguchi,
membranele
fiind
imersate
pe
rând
în
2
solu
ț
ii.
Solu
ț
ia
A
s-a
ob
ț
inut
amestecând
0,3
g
Tris
36
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
sau
trihidroximetil
aminometan,
1,11g
clorură
de
calciu
(CaCl
₂
)
ș
i
28,7
ml
apă
distilată,
folosind
o
solu
ț
ie
de
HCl
0,1N
pentru
a
regla
pH-ul
solu
ț
iei
la
valoare
de
7,4.
Solu
ț
ia
B
a
fost
preparată
dizolvând 0,851g fosfat monoacid de sodiu (Na
₂
HPO
₄
) în 50 ml de apă.
Imersarea
membranelor
a
fost
făcută
ini
ț
ial
în
solu
ț
ia
A,
timp
de
24
h,
men
ț
inând
temperatura
solu
ț
iei
în
jurul
temperaturii
de
37
℃
–
temperatura
corpului
uman.
După
cele
24
h,
membrana
a
fost
spălată
ș
i
imersată
în
solu
ț
ia
B,
pentru
aceea
ș
i
durată
de
timp,
în
acelea
ș
i
condi
ț
ii.
Opera
ț
ia a fost repetată, urm ată apoi de uscarea membranei timp de 24h la temperatura de 37
℃
.
Mineralizarea
membranei
a
fost
observată
apoi
utilizând
tehnica
microscopiei
electronice
de
baleiaj
ș
i tehnica spectroscop iei cu raze X cu dispersie energetică.
2.4.1. Spectroscopia cu raze X cu dispersie energetică
Tehnicile
de
microanaliză
cu
radiații
X
(spectrometrele
WDS,
respectiv
EDX)
folosesc
radiațiile
X
generate
de
o
probă
bombardată
cu
electroni
pentru
a
identifica
constituenții
elementari
din compoziția chimică a probei.
Dintre
cele
două
metode,
cea
mai
folosită
este
spectrometria
cu
dispersie
de
energie
(EDX).
Colectarea
datelor
și
analiza
cu
EDX
este
un
proces
relativ
rapid
și
simplu
datorită
spectrului
complet de energii care este achiziționat simultan.
Patru componente principale ale configura
ț
iei EDS sunt:
●
sursa de excitare (fascicul de electroni sau fascicul de raze X);
●
detectorul cu raze X;
●
procesorul de impulsuri;
●
analizorul.
Stimularea
fasciculului
de
electroni
este
utilizată
în
microscoape
electronice,
microscoape
electronice
de
baleiaj
(SEM)
ș
i
microscoape
electronice
de
baleiaj
cu
transmisie
(STEM).
Un
detector
este
utilizat
pentru
a
converti
energia
razei
X
în
semnale
de
tensiune;
această
informa
ț
ie
este
trimisă
unui
procesor
de
impuls
care
măsoară
semnalele
ș
i
le
transmite
pe
un
analizor
pentru
afi
ș
area
ș
i
analiza
datelor.
Cel
mai
obi
ș
nuit
detector
folosit
este
detectorul
Si
(Li)
răcit
cu
azot
lichid.
Acum,
sistemele
mai
noi
sunt
adesea
echipate
cu
detectori
de
deriva
ț
ie
de
siliciu
(SDD)
cu
sisteme de răcire Peltier.
37
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Figura 31.
Schema unui spectroscop
cu raze X cu dispersie energetică
Sursă: http://www.forensicevidence.net/iama/sem-edxtheory.html
EDX-ul
are
următoarele
funcții:
detectorul
generează
un
puls
de
sarcină,
propor
ț
ional
cu
energia
radiațiilor
caracteristice.
Acest
puls
este
convertit
în
tensiune
electrică.
Semnalul
este
amplificat
direct
de
către
un
tranzistor
cu
efect
de
câmp,
izolat
față
de
un
alt
puls,
amplificat
din
nou,
apoi
identificat
electronic.
în
final,
semnalul
digitalizat
este
stocat
într-un
canal
destinat
acestei
energii
din
MCA.
Un
analizor
EDX
detectează
radiațiile
X
și
le
separă
într-un
spectru
după
energia
lor, de unde și denumirea de spectrometru după energii.
Spectrometrele
EDX
pot
fi
programate
să
analizeze
căteva
elemente
de
interes
punct
cu
punct,
în
timpul
scanării
probei
cu
fasciculul
de
electroni
existând
posibilitatea
obținerii
unor
rezultate
compoziționale
calitative
și
cantitative
dintr-un
singur
punct
de
pe
suprafață,
de
pe
o
direcție selectată (profil liniar), sau distribuții ale elemetelor pe întraga suprafață analizată.
Figura 33.
Micrografie SEM a membranei
de AC
în urma mineralizării
38
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Figura 34.
Spectrul EDX al membranei din acetat de celuloză
Figura 35.
Micrografie SEM a membranei din acetat de celuloză cu 2%LDH(procente masice) după
mineralizare
39
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Figura 36.
Spectrul EDX al membranei din acetat de celuloză cu 2%LDH (procente masice) după
mineralizare
Capacitatea
membranelor
sintetizate
de
a
forma
cristale
de
hidroxiapatită
pe
suprafa
ț
a
acestora
este
dovedită
prin
SEM.
A
ș
a
cum
se
observă
în
figura
33,
suprafa
ț
a
membranei
de
AC
este
uniform
acoperită
cu
un
număr
mare
de
micro-globule
cu
formă
aciculară,
acestea
prezentând
anumite
aglomerări
în
unele
zone
ale
membranei.
Capacitatea
membranei
de
a
mineraliza
s-a
datorat
prezen
ț
ei
grupărilor
carboxil
din
structura
polimerului
care
sunt
centrii
de
nucleere
pentru
formarea
HA.
În
cazul
membranei
compozite
(figura
35),
spre
deosebire
de
membrana
pură,
prezen
ț
a
LDH-ului,
având
efect
de
complexare,
duce
la
formarea
de
centre
de
nuclea
ț
ie
pe
care
cresc
cristale
de
fosfat
de
Ca
care
pot
fi
considerate
precursori
pentru
formare
de
hidroxiapatită,
αTCP si βTCP(fosfat tricalcic).
Prezen
ț
a
elementelo r
Ca
ș
i
P
a
fost
dovedită
ș
i
prin
EDAX,
metodă
complementară
SEM-ului.
Raportul
molar
Ca/P
pentru
CA
ș
i
CA
cu
2
%
LDH
a
variat
între
1,45
ș
i
1,41,
mai
mic
decât 1,69 (HA pur) ceea ce s-ar putea explica prin faptul că HA formată este deficitară în Ca.
40
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
CAPITOLUL III. BILAN
Ț
UL MATERIALELOR UTILIZATE ÎN SINTEZĂ
3.1. Bilan
ț
ul masic
Din
solu
ț
ia
de
polim er
s-au
ob
ț
inut
membrane
de
aproximat iv
7
cm
lungime
ș
i
4
cm
lă
ț
ime.
Grosimea
este
variabilă,
aceasta
fiind
dependentă
de
cantitatea
de
hidrotalcit
prezentă
în
solu
ț
ie.
Au
fost pregătite 4 solu
ț
ii, adâug ându-se fiecăreia cantitatea corespunzătoare de hidrotalcit.
Figura 37.
Ob
ț
inerea solu
ț
iei de acetat de celuloză
Tabel 5.
Bilan
ț
ul total de materiale p
entru ob
ț
inerea solu
ț
iilor de acetat de celuloză
Materiale utilizate
Cantitate
Unitate de măsură
Acetat de celuloză
6
g
Dimetilformamidă(DMF)
44
g
Total pentru o solu
ț
ie
50
g
Acetat de celuloză
24
g
Dimetilformamidă(DMF)
176
g
Total pentru 4 solu
ț
ii
200
g
Materiale ob
ț
inute
Cantitate
Unitate de măsură
Solu
ț
ie de acetat de celulo ză
50
g
Total pentru o solu
ț
ie
50
g
Total pentru 4 solu
ț
ii
200
g
41
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Pentru ob
ț
inerea mem branelor hibride, a fost necesară sinteza hidrotalcitului în laborator.
Materialele necesare au fost azotat de magneziu hexahidratat, azotat de aluminiu nonahidratat,
dodecil-sulfat de sodiu
ș
i amoniac în scopul reglării pH-ului.
Figura 38.
Ob
ț
inerea hidrotalcitului
Tabel 6.
Bilan
ț
ul total de materia
le pentru ob
ț
inerea solu
ț
iilor precursoare
Materiale utilizate
Cantitate
Unitate de măsură
Mg(NO
3
)
2
6H
2
O
9,6
g
Al(NO
3
)
3
9H
2
O
4,7
g
apă distilată
45
g
Total
59,3
g
Materiale ob
ț
inute
Cantitate
Unitate de măsură
Solu
ț
ie A
59,3
g
Total
59,3
g
Materiale utilizate
Cantitate
Unitate de măsură
SDS
3,6
g
apă distilată
45
g
Total
48,6
g
Materiale ob
ț
inute
Cantitate
Unitate de măsură
Solu
ț
ie B
48,6
g
Total
48,6
g
Materiale utilizate
Cantitate
Unitate de măsură
apă distilată
50
g
Total
50
g
42
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Solu
ț
ia
C
a
fost
utilizată
cu
scopul
de
a
regla
pH-ul
în
jurul
valorii
de
10.
Nefiind
necesară
o
cantitate precisă, aceasta a fost procurată
ș
i utilizată ca atare.
Tabel 7.
B
ilan
ț
ul total al mat
erialelor utilizate pentru ob
ț
inerea hidrotalcitului
Materiale utilizate
Cantitate
Unitate de măsură
Solu
ț
ie A
59,3
g
Solu
ț
ie B
48,6
g
Solu
ț
ie C
8,4
g
apă distilată
50
g
Total
166,3
g
Materiale ob
ț
inute
Cantitate
Unitate de măsură
Hidrotalcit
8,7
g
Solu
ț
ie reziduală
157,6
g
Total
166,3
g
După
ob
ț
inerea
solu
ț
iei
polimerice
ș
i
a
hidrotalcitului,
acestea
au
fost
amestecate
în
cantită
ț
i
corespunzătoare în scopul ob
ț
inerii membranelor.
Figura 39.
Ob
ț
inerea solu
ț
iei compozite
Figura 40.
Ob
ț
inerea membranelor compozite
43
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Tabel 8.
Bilan
ț
ul masic al materialelor pentru ob
ț
inerea solu
ț
iilor compozite
Materiale utilizate
Cantitate
Unitate de măsură
Solu
ț
ie AC
49,5
g
Hidrotalcit
0,5
g
Total
50
g
Materiale ob
ț
inute
Cantitate
Unitate de măsură
Solu
ț
ie AC-1%LDH
50
g
Total
50
g
Materiale utilizate
Cantitate
Unitate de măsură
Solu
ț
ie AC
49
g
Hidrotalcit
1
g
Total
50
g
Materiale ob
ț
inute
Cantitate
Unitate de măsură
Solu
ț
ie AC-2%LDH
50
g
Total
50
g
Materiale utilizate
Cantitate
Unitate de măsură
Solu
ț
ie AC
48
g
Hidrotalcit
2
g
Total
50
g
Materiale ob
ț
inute
Cantitate
Unitate de măsură
Solu
ț
ie AC-4%LDH
50
g
Total
50
g
Compozi
ț
iile
pentru
cele
3
seturi
de
membrane
compozite
au
fost
ultrasonate
în
vederea
distribuirii
uniforme
a
hidrotalcitului.
Ulterior,
acestea
au
fost
turnate
în
bandă
ș
i
precipitate
prin
imersare folosind metoda inversiei de fază. După separarea acestora, acestea au fost spălate.
44
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Tabel 9.
B
ilan
ț
ul par
ț
ial al materialelor
utilizate în timpul inversiei de fază
ș
i a spălării ulterioare
Materiale utilizate
Cantitate
Unitate de măsură
Solu
ț
ie AC
50
g
Apă distilată
450
g
Total
500
g
Materiale ob
ț
inute
Cantitate
Unitate de măsură
Membrane AC
6
g
DMF
44
g
Apă distilată
450
g
Total
500
g
Materiale utilizate
Cantitate
Unitate de măsură
Solu
ț
ie AC-1%LDH
50
g
Apă distilată
450
g
Total
500
g
Materiale ob
ț
inute
Cantitate
Unitate de măsură
Membrane AC-1%LDH
6
g
DMF
44
g
Apă distilată
450
g
Total
500
g
Materiale utilizate
Cantitate
Unitate de măsură
Solu
ț
ie AC-2%LDH
50
g
Apă distilată
450
g
Total
500
g
Materiale ob
ț
inute
Cantitate
Unitate de măsură
Membrane AC-2%LDH
6
g
DMF
44
g
Apă distilată
450
g
Total
500
g
45
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Tabel 9.
Bilan
ț
ul par
ț
ial al mater
ialelor utilizate în timpul inversiei de fază – continuare-
Materiale utilizate
Cantitate
Unitate de măsură
Solu
ț
ie AC-4%LDH
50
g
Apă distilată
450
g
Total
500
g
Materiale ob
ț
inute
Cantitate
Unitate de măsură
Membrane AC-4%LDH
6
g
DMF
44
g
Apă distilată
450
g
Total
500
g
Bilan
ț
ul
total
al
materialelor
utilizate
pentru
ob
ț
inerea
membranelor
compozite
este
reprezentat
în
tabelul
10.
Folosind
6g
de
acetat
de
celuloză
ș
i
cantitatea
corespunzătoare
de
hidrotalcit,
s-au
ob
ț
inut
4
loturi
de
solu
ț
ie
polimerică
cu
concentra
ț
ii
diferite
de
LDH.
Din
fiecare
lot de solu
ț
ie s-au putut ob
ț
ine 10 membrane.
Figura 41.
Schema bilan
ț
ului total al materialelor utilizate în sinteza membranelor
46
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Tabel 10.
Bilan
ț
ul total al materialelor utilizate
Materiale utilizate
Cantitate
Unitate de măsură
Acetat de celuloză
24
g
DMF
176
g
Mg(NO
3
)
2
6H
2
O
9,6
g
Al(NO
3
)
3
9H
2
O
4,7
g
SDS
3,6
g
Apă distilată pentru solu
ț
iile de
precursori
140
g
Apă distilată pentru inversie de
fază
1800
g
Solu
ț
ie NH
3
8,4
g
Total
2166,3
g
Materiale ob
ț
inute
Cantitate
Unitate de măsură
Membrane compozite
24
g
Apă distilată reziduală
1800
g
DMF
176
g
Solu
ț
ie reziduală de precursori
166,3
g
Total
2166,3
g
3.2. Bilan
ț
ul econom ic
Folosind
materialele
descrise
în
bilan
ț
ul
masic,
s-au
ob
ț
inut
4
loturi
a
câte
10
membrane
cu
diferite
procente
masice
de
hidrotalcit.
Vom
lua
ca
referin
ț
ă
membrana
confec
ț
ionată
din
acetat
de
celuloză
ce
con
ț
ine
2
%
hidrotalcit
întrucât
aceasta
prezintă
proprietă
ț
i
optime
din
punct
de
vedere
al comportamentului hidrodinamic.
Utilizând
cantită
ț
ile
descrise
în
tabelul
11,
putem
produce
un
lot
de
10
membrane.
Important
este
faptul
că
hidrotalcit
ul
ob
ț
inut
poate
fi
folosit
pentru
8
loturi.
Scopu
l
nostru
este
acela
de
a
ob
ț
ine un lot de 100 de mem brane în fiecare lună.
47
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
Tabel 11.
Materiile prime utilizate în laborator pentru sinteza membranelor
Nr. crt.
Materii prime utilizate
Cantitatea utilizată
1.
Acetat de celuloză
6g
2.
DMF
44ml
3.
Mg(NO
3
)
2
6H
2
O
9,6g
4.
Al(NO
3
)
3
9H
2
O
4,7g
5.
SDS
3,6g
6.
Solu
ț
ie NH
3
8,4 ml
Tabel 12.
Materiile prime utilizate pentru sinteza unui lot de 100 de membrane
Nr. crt.
Materii prime utilizate
Cantitatea utilizată
1.
Acetat de celuloză
60g
2.
DMF
440ml
3.
Mg(NO
3
)
2
6H
2
O
12g
4.
Al(NO
3
)
3
9H
2
O
5,875g
5.
SDS
4,5g
6.
Solu
ț
ie NH
3
10,25ml
Tabel 13.
Costul materiilor prime utilizabile
Nr.crt.
Materii prime
Cantitatea necesară
Cantitatea
achizi
ț
ionată
Pre
ț
(lei)
1.
Acetat de celuloză
60g
75g
363.9405
2.
DMF
440ml
1000ml
321.7445
3.
Mg(NO
3
)
2
6H
2
O
12g
500g
222.8476
4.
Al(NO
3
)
3
9H
2
O
5,875g
100g
92.3037
5.
SDS
4,5g
25g
166.1467
6.
Solu
ț
ie NH
3
10,25ml
1000ml
116.5665
Total
1283,5495
48
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
CONCLUZII
Pe
parcursul
acestui
proiect
s-au
sintetizat
membrane
hibride
din
acetat
de
celuloză
ș
i
hidrotalcit
în
scopul
utilizării
acestora
în
cadrul
procedurii
de
regenerare
osoasă.
Acestea
au
fost
ob
ț
inute
folosind
metoda
turnării
în
bandă
urmată
de
precipitare
prin
imersare
folosind
metoda
inversiei
de
fază.
Membranele
au
fost
caracterizate
folosind
tehnicilor
de
caracterizare
SEM,
FTIR
ș
i
TGA.
Prezen
ț
a
hidrotalcitului
ș
i
integrarea
acestuia
în
membranele
hibride
a
fost
confirmată
folosind
FTIR
ș
i
TGA,
efectul
hidrotalcitului
asupra
stabilită
ț
ii
termice
a
membranei
fiind
unul
sesizabil.
Din
micrografiile
SEM
am
observat
faptul
că
morfologia
membranelor
ș
i
a
porilor
acesteia este dependentă de concentra
ț
ia de hidrotalcit prezentă în membrană.
În
urma
studiului
comportamentului
hidrodinamic
ș
i
al
ratei
de
reten
ț
ie
am
observat
că
membranele
sunt
capabile
să
men
ț
ină
un
flux
optim
al
fluidelor
biologice
în
zona
implantată,
având
în acela
ș
i timp o rată de reten
ț
ie de maxim 10%.
Pentru
a
confirma
viabilitatea
acestor
membrane
în
cadrul
procedurii
de
regenerare
osoasă,
membranele
ob
ț
inute
urme ază
să
fie
testate
din
punct
de
vedere
al
biocompatibilită
ț
ii,
al
proprietă
ț
ilor mecanice
ș
i al proprietă
ț
ilor antimicrobiene.
49
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
BIBLIOGRAFIE
[1].
Steele,
D.
Gentry;
Claud
A.
Bramblett
(1988).
The
Anatomy
and
Biology
of
the
Human
Skeleton.
Texas
A&M University Press. p. 4. ISBN 0-89096-300-2.
[2].
Dimitriou,
R.,
E.
Jones,
et
al.
(2011).
"Bone
regeneration:
current
concepts
and
future
directions."
BMC
Med 9: 66.
[3].
Retzepi,
M.
and
N.
Donos
(2010).
"Guided
Bone
Regeneration:
biological
principle
and
therapeutic
applications." Clin Oral Implants Res 21(6): 567-576.
[4].
Marques,
M.
S.,
K.
M.
Zepon,
et
al.
(2017).
"Characterization
of
membranes
based
on
cellulose
acetate
butyrate/poly(caprolactone)triol/doxycycline
and
their
potential
for
guided
bone
regeneration
application."
Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 76: 365-373.
[5].
Dumitriu,
C.,
S.
I.
Voicu,
et
al.
(2018).
"Production
and
characterization
of
cellulose
acetate
–
titanium
dioxide
nanotubes
membrane
fraxiparinized
through
polydopamine
for
clinical
applications."
Carbohydr
Polym 181: 215-223.
[6].
Wiyantoko,
B.,
P.
Kurniawati,
et
al.
(2015).
"Synthesis
and
Characterization
of
Hydrotalcite
at
Different
Mg/Al Molar Ratios." Procedia Chemistry 17: 21-26.
[7].
Hammerle
CH,
Jung
Re,
Feloutzis
A.
A
systematic
review
of
the
survival
of
implants
in
bone
sites
augmented
with
barrier
membranes
(guided
bone
regeneration)
in
partially
edentulous
patients.
J
Clin
Periodontol 2002; 29(Suppl): 226–231; discussion 232–223
[8].
Elgali,
I.,
O.
Omar,
et
al.
(2017).
"Guided
bone
regeneration:
materials
and
biological
mechanisms
revisited." Eur J Oral Sci 125(5): 315-337.
[9].
Jung
RE,
Thoma
DS,
Hammerle
CH.
Assessment
of
the
potential
of
growth
factors
for
localized
alveolar
ridge augmentation: a systematic review. J Clin Periodontol 2008; 35: 255–281.
[10].
Miron
RJ,
Zucchelli
G,
Pikos
MA,
Salama
M,
Lee
S,
Guillemette
V,
Fujioka-Kobayashi
M,
Bishara
M,
Zhang
Y,
Wang
HL,
Chandad
F,
Nacopoulos
C,
Simonpieri
A,
Aalam
Aa,
F
elice
P,
Sammartino
G,
Ghanaati
S,
Hernandez
Ma,
Choukroun
J.
Use
of
platelet-rich
fibrin
in
regenerative
dentistry:
a
systematic
review. Clin Oral Investig 2017; 21: 1913-1927
[11].
Gentile
P,
Chiono
V,
Tonda-Turo
C,
Ferreira
AM,
Ciardelli
G.
Polymeric
membranes
for
guided
bone
regeneration. Biotechnol J 2011; 6: 1187-1197
[12].
Ali
SA,
Karthigeyan
S,
Deivanai
M,
Kumar
A.
Implant
rehabilitation
for
atrophic
maxilla:
a
review.
J
Indian Prosthodont Soc 2014; 14: 196-207
[13].
Bunyaratavej P, Wang H-L. Collagen membranes: a review. J Periodontol 2001; 72: 215-229
50
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
[14].
Ma
S,
Chen
Z,
Qiao
F,
Sun
Y,
Yang
X,
Deng
X,
Cen
L,
Cai
Q,
Wu
M,
Zhang
X,
Gao
P.
Guided
bone
regeneration
with
tripolyphosphate
cross-linked
asymmetric
chitosan
membrane.
J
Dent
2014;
42:
1603–1612.
[15].
Rosengren
A,
Johansson
Br,
Danielsen
N,
Thomsen
P,
Ericson
LE.
Immunohistochemical
studies
on
the
distribution
of
albumin,
fibrinogen,
fibronectin,
IgG
and
collagen
around
PTFE
and
titanium
implants.
Biomaterials 1996; 17: 1779–1786.
[16].
Decco
O,
Cura
A,
Beltran
V,
Lezcano
M,
Engelke
W.
Bone
augmentation
in
rabbit
tibia
using
microfixed
cobaltchromium
membranes
with
whole
blood,
tricalcium
phosphate
and
bone
marrow
cells.
Int
J
Clin Exp Med 2015; 8: 135–144
[17].
Pecora
G,
Andreana
S,
Margarone
JE
3rd,
Covani
U,
Sottosanti
JS.
Bone
regeneration
with
a
calcium
sulfate barrier. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 1997; 84: 424–429.
[18].
Anderud
J,
Jimbo
R,
Abrahamsson
P,
Isaksson
SG,
Adolfsson
E,
Malmstrom
J,
Kozai
Y,
Hallmer
F,
Wennerberg
A.
Guided
bone
augmentation
using
a
ceramic
space-maintaining
device.
Oral
Surg
Oral
Med
Oral Pathol Oral Radiol 2014; 118: 532–538
[19].
Rakhmatia
YD,
Ayukawa
Y,
Furuhashi
A,
Koyano
K.
Current
barrier
membranes:
titanium
mesh
and
other membranes for guided bone regeneration in dental applications. J Prosthodont Res 2013; 57: 3–14.
[20].
Jovanovic
SA,
Schenk
RK,
Orsini
M,
Kenney
EB.
Supracrestal
bone
formation
around
dental
implants:
an experimental dog study. Int J Oral Maxillofac Implants 1995; 10: 23–31.
[21].
Bartee
BK.
The
use
of
high-density
polytetrafluoroethylene
membrane
to
treat
osseous
defects:
clinical
reports. Implant Dent 1995; 4: 21–26.
[22].
Bartee
BK.
Evaluation
of
a
new
polytetrafluoroethylene
guided
tissue
regeneration
membrane
in
healing extraction sites. Compend Contin Educ Dent 1998; 19: 1256–1258, 1260, 1262–1254.
[23].
Gutta
R,
Baker
RA,
Bartolucci
AA,
Louis
PJ.
Barrier
membranes
used
for
ridge
augmentation:
is
there
an optimal pore size? J Oral Maxillofac Surg 2009; 67: 1218–1225.
[24].
Shin
Si,
Herr
Y,
Kwon
YH,
Chung
JH.
Effect
of
a
collagen
membrane
combined
with
a
porous
titanium
membrane on exophytic new bone formation in a rabbit calvarial model. J Periodontol 2013; 84: 110–116.
[25].
Tanaka
S,
Matsozaka
K,
Sato
D,
Inoue
T.
Characteristics
of
newly
formed
bone
during
guided
bone
regeneration: analysis of cbfa-1, osteocalcin, and VEGF expression. J Oral Implantol 2007; 33: 321–326.
[26].
Karp
JM,
Leng
Teo
GS.
Mesenchymal
stem
cell
homing:
the
devil
is
in
the
details.
Cell
Stem
Cell
2009;
4: 206– 216.
[27].
Kitaori
T,
Ito
H,
Schwarz
EM,
Tsutsumi
R,
Yoshitomi
H,
Oishi
S,
Nakano
M,
Fujii
N,
Nagasawa
T,
Nakamura
T.
Stromal
cell-derived
factor
1/CXCR4
signaling
is
critical
for
the
recruitment
of
mesenchymal
stem cells to the fracture site during skeletal repair in a mouse model. Arthritis Rheum 2009; 60: 813–823.
51
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURE
Ș
TI
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ
SPECIALIZAREA BIOMATERIALE
Ș
I DISPOZITIVE MEDICALE
52
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: SINTEZA DE MEMBRANE HIBRIDE DIN ACETAT DE CELULOZĂ Ș I HIDROTALCIT PENTRU REGENERARE OSOASĂ Student: Mirel-Marius Neagu Conducător ș tiin ț ific:… [622920] (ID: 622920)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.