Επίδραση της απορρόφησης φυσιολογικού ορού στην μηχανική συμπεριφορά συνθετικών ικριωμάτων από PLA κατασκευασμένων με την μέθοδο 3D-εκτύπωσης
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή τρισδιάστατων πορωδών ικριωμάτων και συμπαγών υλικών από το βιοδιασπώμενο πολυμερές υλικό PLA μέσω της μεθόδου 3D-εκτύπωσης και η μελέτη της επίδρασης του βιολογικού υγρού (SBF) στις μηχανικές ιδιότητες και στην τοπογραφία της επιφάνειας αυ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2023
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/25306 |
| id |
nemertes-10889-25306 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
PLA ικριώματα Αποικοδόμηση βιοϊατρικών ικριωμάτων 3D-εκτύπωση Απορρόφηση υγρασίας PLA scaffolds Degradation of biomedical scaffolds 3D-printing Moisture absorption |
| spellingShingle |
PLA ικριώματα Αποικοδόμηση βιοϊατρικών ικριωμάτων 3D-εκτύπωση Απορρόφηση υγρασίας PLA scaffolds Degradation of biomedical scaffolds 3D-printing Moisture absorption Αγγελοπούλου, Αλεξάνδρα Επίδραση της απορρόφησης φυσιολογικού ορού στην μηχανική συμπεριφορά συνθετικών ικριωμάτων από PLA κατασκευασμένων με την μέθοδο 3D-εκτύπωσης |
| description |
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή τρισδιάστατων πορωδών ικριωμάτων και συμπαγών υλικών από το βιοδιασπώμενο πολυμερές υλικό PLA μέσω της μεθόδου 3D-εκτύπωσης και η μελέτη της επίδρασης του βιολογικού υγρού (SBF) στις μηχανικές ιδιότητες και στην τοπογραφία της επιφάνειας αυτών όταν βυθιστούν στο υγρό. Σχεδιάστηκε ένα δυναμικό πείραμα με μαγνητικό αναδευτήρα για την μίμηση της κυκλοφορίας αίματος. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η αποικοδόμηση των ικριωμάτων και η επί τοις % μεταβολή του βάρους κατά την παραμονή τους στο βιολογικό υγρό, σταθερής θερμοκρασίας 37 ͦC όπως του ανθρώπινου σώματος, για διαφορετικούς χρόνους εμβάπτισης (t = 0, 1, 3, 7, 14, 21, 28, 35, 42, 49, 56, 63, 70, 77, 84 ημέρες). Στη συνέχεια, λήφθηκαν εικόνες από το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) για να παρατηρηθεί ο ρυθμός αποικοδόμησης των ικριωμάτων και διεξήχθησαν μηχανικές δοκιμές θλίψης για να μελετηθούν οι μηχανικές ιδιότητες των ικριωμάτων (μέτρο ελαστικότητας και θλιπτική αντοχή). Επιπλέον, μελετήθηκαν οι μηχανικές ιδιότητες (μέτρο ελαστικότητας και σκληρότητα) των συμπαγών υλικών, μέσω της τεχνικής νανοδιείσδυσης σε συνδυασμό με την μικροσκοπία ατομικής δύναμης (Atomic Force Microscopy), έπειτα από βύθιση τους σε βιολογικό υγρό για διαφορετικούς χρόνους εμβάπτισης (t = 0, 1, 3, 7, 14, 21, 28, 35, 42, 49, 56, 63, 70, 77, 84 ημέρες). Τις πρώτες ημέρες, ο ανταγωνισμός μεταξύ του φαινομένου της απορρόφησης και εκείνου της αποικοδόμησης ήταν φανερός. Στην συνέχεια, οι φωτογραφίες από την Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης έδειξαν λεπτομέρειες της σταδιακής διαδικασίας αποικοδόμησης. Η δομή των ικριωμάτων ήταν σχετικά καλή για μία εβδομάδα, μέχρι το φαινόμενο της πλαστικοποίησης και η αποσύνθεση ξεκίνησαν να είναι πιο έντονες. Μετά από 56 ημέρες, τα ικριώματα αποικοδομήθηκαν σημαντικά και δεν είχαν πια κυβική γεωμετρία. Το μέτρο ελαστικότητας σε θλίψη υποβαθμίστηκε κατά 50% (από 100 σε 50 MPa), μετά από 40 ημέρες εμβάπτισης. Οι επιφανειακές ιδιότητες των συμπαγών δειγμάτων υποβαθμίστηκαν σημαντικά μετά από 70 ημέρες εμβάπτισης, με το μέτρο ελαστικότητας σε θλίψη να μειώνεται από 7 σε 4 GPa. Η ανταπόκριση των ανθρώπινων βλαστοκυττάρων σε ικριώματα με μέγεθος πόρων 100 μm ήταν θετική. Τα κύτταρα πολλαπλασιάστηκαν γρήγορα μέσα στους πόρους ιδιαίτερα τις πρώτες 3 μέρες. Ωστόσο, λόγω έλλειψης χώρου ξεκίνησε αρκετά γρήγορα η διαδικασία της ανοργανοποίησης τους.
Συνολικά, το σχεδιασμένο ικρίωμα είναι πολλά υποσχόμενο για εφαρμογή στη μηχανική οστικού ιστού. |
| author2 |
Angelopoulou, Alexandra |
| author_facet |
Angelopoulou, Alexandra Αγγελοπούλου, Αλεξάνδρα |
| author |
Αγγελοπούλου, Αλεξάνδρα |
| author_sort |
Αγγελοπούλου, Αλεξάνδρα |
| title |
Επίδραση της απορρόφησης φυσιολογικού ορού στην μηχανική συμπεριφορά συνθετικών ικριωμάτων από PLA κατασκευασμένων με την μέθοδο 3D-εκτύπωσης |
| title_short |
Επίδραση της απορρόφησης φυσιολογικού ορού στην μηχανική συμπεριφορά συνθετικών ικριωμάτων από PLA κατασκευασμένων με την μέθοδο 3D-εκτύπωσης |
| title_full |
Επίδραση της απορρόφησης φυσιολογικού ορού στην μηχανική συμπεριφορά συνθετικών ικριωμάτων από PLA κατασκευασμένων με την μέθοδο 3D-εκτύπωσης |
| title_fullStr |
Επίδραση της απορρόφησης φυσιολογικού ορού στην μηχανική συμπεριφορά συνθετικών ικριωμάτων από PLA κατασκευασμένων με την μέθοδο 3D-εκτύπωσης |
| title_full_unstemmed |
Επίδραση της απορρόφησης φυσιολογικού ορού στην μηχανική συμπεριφορά συνθετικών ικριωμάτων από PLA κατασκευασμένων με την μέθοδο 3D-εκτύπωσης |
| title_sort |
επίδραση της απορρόφησης φυσιολογικού ορού στην μηχανική συμπεριφορά συνθετικών ικριωμάτων από pla κατασκευασμένων με την μέθοδο 3d-εκτύπωσης |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/25306 |
| work_keys_str_mv |
AT angelopouloualexandra epidrasētēsaporrophēsēsphysiologikouoroustēnmēchanikēsymperiphorasynthetikōnikriōmatōnapoplakataskeuasmenōnmetēnmethodo3dektypōsēs AT angelopouloualexandra effectofsalineabsorptionofthemechanicalbehaviourof3dprintedplacompositescaffolds |
| _version_ |
1771297354367893504 |
| spelling |
nemertes-10889-253062023-07-04T04:01:30Z Επίδραση της απορρόφησης φυσιολογικού ορού στην μηχανική συμπεριφορά συνθετικών ικριωμάτων από PLA κατασκευασμένων με την μέθοδο 3D-εκτύπωσης Effect of saline absorption of the mechanical behaviour of 3D-printed PLA composite scaffolds Αγγελοπούλου, Αλεξάνδρα Angelopoulou, Alexandra PLA ικριώματα Αποικοδόμηση βιοϊατρικών ικριωμάτων 3D-εκτύπωση Απορρόφηση υγρασίας PLA scaffolds Degradation of biomedical scaffolds 3D-printing Moisture absorption Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή τρισδιάστατων πορωδών ικριωμάτων και συμπαγών υλικών από το βιοδιασπώμενο πολυμερές υλικό PLA μέσω της μεθόδου 3D-εκτύπωσης και η μελέτη της επίδρασης του βιολογικού υγρού (SBF) στις μηχανικές ιδιότητες και στην τοπογραφία της επιφάνειας αυτών όταν βυθιστούν στο υγρό. Σχεδιάστηκε ένα δυναμικό πείραμα με μαγνητικό αναδευτήρα για την μίμηση της κυκλοφορίας αίματος. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η αποικοδόμηση των ικριωμάτων και η επί τοις % μεταβολή του βάρους κατά την παραμονή τους στο βιολογικό υγρό, σταθερής θερμοκρασίας 37 ͦC όπως του ανθρώπινου σώματος, για διαφορετικούς χρόνους εμβάπτισης (t = 0, 1, 3, 7, 14, 21, 28, 35, 42, 49, 56, 63, 70, 77, 84 ημέρες). Στη συνέχεια, λήφθηκαν εικόνες από το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) για να παρατηρηθεί ο ρυθμός αποικοδόμησης των ικριωμάτων και διεξήχθησαν μηχανικές δοκιμές θλίψης για να μελετηθούν οι μηχανικές ιδιότητες των ικριωμάτων (μέτρο ελαστικότητας και θλιπτική αντοχή). Επιπλέον, μελετήθηκαν οι μηχανικές ιδιότητες (μέτρο ελαστικότητας και σκληρότητα) των συμπαγών υλικών, μέσω της τεχνικής νανοδιείσδυσης σε συνδυασμό με την μικροσκοπία ατομικής δύναμης (Atomic Force Microscopy), έπειτα από βύθιση τους σε βιολογικό υγρό για διαφορετικούς χρόνους εμβάπτισης (t = 0, 1, 3, 7, 14, 21, 28, 35, 42, 49, 56, 63, 70, 77, 84 ημέρες). Τις πρώτες ημέρες, ο ανταγωνισμός μεταξύ του φαινομένου της απορρόφησης και εκείνου της αποικοδόμησης ήταν φανερός. Στην συνέχεια, οι φωτογραφίες από την Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης έδειξαν λεπτομέρειες της σταδιακής διαδικασίας αποικοδόμησης. Η δομή των ικριωμάτων ήταν σχετικά καλή για μία εβδομάδα, μέχρι το φαινόμενο της πλαστικοποίησης και η αποσύνθεση ξεκίνησαν να είναι πιο έντονες. Μετά από 56 ημέρες, τα ικριώματα αποικοδομήθηκαν σημαντικά και δεν είχαν πια κυβική γεωμετρία. Το μέτρο ελαστικότητας σε θλίψη υποβαθμίστηκε κατά 50% (από 100 σε 50 MPa), μετά από 40 ημέρες εμβάπτισης. Οι επιφανειακές ιδιότητες των συμπαγών δειγμάτων υποβαθμίστηκαν σημαντικά μετά από 70 ημέρες εμβάπτισης, με το μέτρο ελαστικότητας σε θλίψη να μειώνεται από 7 σε 4 GPa. Η ανταπόκριση των ανθρώπινων βλαστοκυττάρων σε ικριώματα με μέγεθος πόρων 100 μm ήταν θετική. Τα κύτταρα πολλαπλασιάστηκαν γρήγορα μέσα στους πόρους ιδιαίτερα τις πρώτες 3 μέρες. Ωστόσο, λόγω έλλειψης χώρου ξεκίνησε αρκετά γρήγορα η διαδικασία της ανοργανοποίησης τους. Συνολικά, το σχεδιασμένο ικρίωμα είναι πολλά υποσχόμενο για εφαρμογή στη μηχανική οστικού ιστού. The purpose of this thesis is the fabrication of 3D porous scaffolds and solid materials made of the biodegradable plastic material PLA through the 3D-printing method and the study of the effect of biological fluid (SBF) on the mechanical properties and topography of their surface after immersion in the fluid. A dynamic magnetic stirrer experiment was designed to mimic blood circulation. Specifically, the degradation of the scaffolds and the % change in their weight after maintaining them in the biological fluid, at a constant temperature of 37 ͦC like in the human body, were studied for different immersion times (t = 0, 1, 3, 7, 14, 21, 28, 35, 42, 49, 56, 63, 70, 77, 84 days). Further on, scanning electron microscope (SEM) images were taken to observe the degradation rate of the scaffolds, and mechanical compression tests were conducted to study the mechanical properties of the scaffolds (elastic modulus and compressive strength). In addition, the mechanical properties (elastic modulus and hardness) of the solid materials were studied, through the nanoindentation technique combined with Atomic Force Microscopy, after immersing them in biological fluid for different immersion times (t = 0.1, 3, 7, 14, 21, 28, 35, 42, 49, 56, 63, 70, 77, 84 days). After the first days of immersion, the competition between the phenomenon of absorption and that of degradation was pronounced. Scanning Electron Microscopy images showed details of the step-by-step degradation process. The structure of the scaffolds was relatively good for one week, but after that the plasticization effect as well as the degradation started to be more pronounced. After 56 days, the scaffolds were significantly damaged and no longer had a cubic geometry. The compressive modulus was degraded by 50% (from 100 to 50 MPa), after 40 days of immersion. The surface properties of solid PLA samples were significantly devalued after 70 days of immersion, with a decrease of the compression modulus from 7 to 4 GPa. The feedback of human stem cells to scaffolds with 100 µm pores was positive. The cells proliferated rapidly in the pores especially in the first 3 days. However, due to lack of space, their mineralization process began quite quickly. Overall, the designed scaffold is promising for application in bone tissue engineering 2023-07-03T11:14:56Z 2023-07-03T11:14:56Z 2023-07-03 https://hdl.handle.net/10889/25306 el CC0 1.0 Universal http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ application/pdf |
