Polímeros: Ciência e Tecnologia
https://revistapolimeros.org.br/article/doi/10.1590/0104-1428.20220058
Polímeros: Ciência e Tecnologia
Original Article

Surface and micromechanical analysis of polyurethane plates with hydroxyapatite for bone structure

Wenderson da Silva do Amaral; Milton Thélio de Albuquerque Mendes; João Victor Frazão Câmara; Josué Junior Araujo Pierote; Fernando da Silva Reis; José Milton Elias de Matos; Ana Cristina Vasconcelos Fialho; Walter Leal de Moura

Downloads: 4
Views: 586

Abstract

To analyze the surface topography and mechanical properties of a polyurethane derived from castor oil reinforced with hydroxyapatite (PU–HA) for bone fixation. The surface analysis was performed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and the mechanical properties by Vickers microhardness and tensile tests. The SEM images showed that the PU surface presented important characteristics for materials intended for bone fixation, such as an irregular and porous surface. The analysis showed a surface with alternating areas with depressions and elevations of approximately 80±100 µm, presence of pores of 12 µm in size. The microhardness analysis showed values of 0.42±1.01 HV for PU–HA plates, lower in relation to the poly lactic-co-glycolic acid (PLGA) plate (control group). The elastic modulus and ultimate tensile strength of 317.4 MPa, and 35.57 MPa for PLGA sample, 1.187 MPa, and 0.29 MPa for PU–HA sample. The PU produced showed good surface properties, however demands better mechanical properties.

 

 

Keywords

biocompatible materials, castor oil, fractures, bone

References

1 Moghaddaszadeh, A., Seddiqi, H., Najmoddin, N., Ravasjani, S. A., & Klein-Nulend, J. (2021). Biomimetic 3D-printed PCL scaffold containing a high concentration carbonated-nanohydroxyapatite with immobilized-collagen for bone tissue engineering: enhanced bioactivity and physicomechanical characteristics. Biomedical Materials, 16(6), 065029. http://dx.doi.org/10.1088/1748-605X/ac3147. PMid:34670200.

2 Shojaei, B., Abtahi, M., & Najafi, M. (2020). Chemical recycling of PET: a stepping-stone toward sustainability. Polymers for Advanced Technologies, 31(12), 2912-2938. http://dx.doi.org/10.1002/pat.5023.

3 Akhigan, N., Najmoddin, N., Azizi, H., & Mohammadi, M. (2022). Zinc oxide surface-functionalized PCL/graphene oxide scaffold: enhanced mechanical and antibacterial properties. International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials, 1-11. http://dx.doi.org/10.1080/00914037.2022.2100373. Online.

4 Usha, P. G., Jalajakumari, S., Sheela, U. B., Gopalakrishnan, A. M., & Nair, S. T. T. (2022). Polysaccharide nanofibers and hydrogel: a comparativeevaluation on 3D cell culture and tumor reduction. Journal of Applied Polymer Science, 139(43), e53044.

5 Lima, F., Melo, W. G., Braga, M. F., Vieira, E., Câmara, J. V., Pierote, J. J., Argôlo, N. No., Silva, E. Fo., & Fialho, A. C. (2021). Chitosan-based hydrogel for treatment of temporomandibular joint arthritis. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 31(2), e2021019. http://dx.doi.org/10.1590/0104-1428.20210026.

6 Heidrich, D., Fortes, C. B. B., Mallmann, A. T., Vargas, C. M., Arndt, P. B., & Scroferneker, M. L. (2019). Rosemary, castor oils, and propolis extract: activity against Candida Albicans and alterations on properties of dental acrylic resins. Journal of Prosthodontics, 28(2), e863-e868. http://dx.doi.org/10.1111/jopr.12746. PMid:29322644.

7 Tan, A. C. W., Polo-Cambronell, B. J., Provaggi, E., Ardila-Suárez, C., Ramirez-Caballero, G. E., Baldovino-Medrano, V. G., & Kalaskar, D. M. (2018). Design and development of low cost polyurethane biopolymer based on castor oil and glycerol for biomedical applications. Biopolymers, 109(2), e23078. http://dx.doi.org/10.1002/bip.23078. PMid:29159831.

8 Lima, F. S., Matos, L. F., Pacheco, I. K., Reis, F., Câmara, J. V. F., Pierote, J. J. A., Matos, J. M., Ribeiro, A., Moura, W., & Fialho, A. C. (2022). Scaffold based on castor oil as an osteoconductive matrix in bone repair: biocompatibility analysis. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 32(1), e2022003. http://dx.doi.org/10.1590/0104-1428.210018.

9 Ozimek, J., & Pielichowski, K. (2021). Recent advances in polyurethane/POSS hybrids for biomedical applications. Molecules, 27(1), 40. http://dx.doi.org/10.3390/molecules27010040. PMid:35011280.

10 Griffin, M., Castro, N., Bas, O., Saifzadeh, S., Butler, P., & Hutmacher, D. W. (2020). The current versatility of polyurethane three-dimensional printing for biomedical applications. Tissue Engineering. Part B, Reviews, 26(3), 272-283. http://dx.doi.org/10.1089/ten.teb.2019.0224. PMid:32089089.

11 Morais, J. P. P., Pacheco, I. K. C., Maia, A. L. M. Fo., Ferreira, D. C. L., Viana, F. J. C., Reis, F. S., Matos, J. M. E., Rizzo, M. S., & Fialho, A. C. V. (2021). Polyurethane derived from castor oil monoacylglyceride (Ricinus communis) for bone defects reconstruction: characterization and in vivo testing. Journal of Materials Science. Materials in Medicine, 32(4), 39. http://dx.doi.org/10.1007/s10856-021-06511-z. PMid:33792773.

12 Moura, F. N. No., Fialho, A. C. V., Moura, W. L., Rosa, A. G. F., Matos, J. M. E., Reis, F. S., Mendes, M. T. A., & Sales, E. S. D. (2019). Castor polyurethane used as osteosynthesis plates: microstructural and thermal analysis. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 29(2), e2019029. http://dx.doi.org/10.1590/0104-1428.02418.

13 Fiori, A. P. S. M., Gabiraba, V. P., Praxedes, A. P. P., Nunes, M. R. S., Balliano, T. L., Silva, R. C., Tonholo, J., & Ribeiro, A. S. (2014). Preparação e caracterização de nanocompósitos poliméricos baseados em quitosana e argilo minerais. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 24(5), 628-635. http://dx.doi.org/10.1590/0104-1428.1572.

14 Paulo, V. I. M., Neves-Araujo, J., & Padron-Hernandez, E. (2019). Fast and room-temperature synthesis of Porous Alumina films in ultrasonic assisted bath inducing superficial cavitations. Portugaliae Electrochimica Acta, 37(2), 123-129. http://dx.doi.org/10.4152/pea.201902123.

15 Johner, J. C. F., & Meireles, M. A. A. (2016). Construction of a supercritical fluid extraction (SFE) equipment: validation using annatto and fennel and extract analysis by thin layer chromatography coupled to image. Food Science and Technology, 36(2), 210-247. http://dx.doi.org/10.1590/1678-457X.0027.

16 Costa, O. A. P., Petzhold, C. L., Gerbase, A. E., & Silva, R. B. (2017). Síntese e caracterização de compósitos de poliuretanas obtidas com poliol-soja/TDI/cargas minerais. Revista Virtual de Química, 9(4), 1434-1448.

17 Liu, H., Zhang, L., Li, J., Zou, Q., Zuo, Y., Tian, W., & Li, Y. (2010). Physicochemical and biological properties of nano-hydroxyapatite-reinforced aliphatic polyurethanes membranes. Journal of Biomaterials Science. Polymer Edition, 21(12), 1619-1636. http://dx.doi.org/10.1163/092050609X12524778957011. PMid:20537245.

18 Uscátegui, Y. L., Arévalo, F. R., Díaz, L. E., Cobo, M. I., & Valero, M. F. (2016). Microbial degradation, cytotoxicity and antibacterial activity of polyurethanesbased on modified castor oil and polycaprolactone. Journal of Biomaterials Science. Polymer Edition, 27(18), 1860-1879. http://dx.doi.org/10.1080/09205063.2016.1239948. PMid:27654066.

19 Coutinho, F. M. B., Delpech, M. C., Alves, T. L., & Gomes, A. S. (2002). Síntese e caracterização de poliuretanos em dispersão aquosa à base de polibutadieno líquido hidroxilado e diferentes diisocianatos. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 12(4), 248-254. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282002000400007.

20 Clemente, M., Rocha, R. J., Iha, K., & Rocco, J. A. F. F. (2014). Desenvolvimento de tecnologia de pré-polímeros na síntese de poliuretanos empregados em combustíveis sólidos. Química Nova, 37(6), 982-988.

21 Cardoso, O. R., & Balaban, R. C. (2013). Preparação de resinas de poliuretana à base de óleo de mamona e dietanolamina e sua aplicação em circuitos eletroeletrônicos. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 23(4), 552-558. http://dx.doi.org/10.4322/polimeros.2013.003.

22 Sathiskumar, P. S., & Madras, G. (2011). Synthesis, characterization, degradation of biodegradable castor oil based polyesters. Polymer Degradation & Stability, 96(9), 1695-1704. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2011.07.002.

23 Erdman, N., Bell, D. C., & Reichelt, R. (2019). Scanning electron microscopy. In P. W. Hawkes & J. C. H. Spence (Eds.), Springer handbook of microscopy (pp.229-318). Cham: Springer. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-030-00069-1_5.

24 Chinaglia, C. R., & Correa, C. A. (1997). Análise de falhas em materiais através de técnicas avançadas de microscopia. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 7(3), 19-23. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14281997000300005.

25 Pacheco, I. K. C., Reis, F. S., Carvalho, C. E. S., Matos, J. M. E., Argôlo, N. M. No., Baeta, S. A. F., Silva, K. R., Dantas, H. V., Sousa, F. B., & Fialho, A. C. V. (2021). Development of castor polyurethane scaffold (Ricinus communis L.) and its effect with stem cells for bone repair in an osteoporosis model. Biomedical Materials, 16(6), 065006. http://dx.doi.org/10.1088/1748-605X/ac1f9e. PMid:34416741.

26 Aparecida, A. H., Guastaldi, A. C., & Fook, M. V. L. (2008). Desenvolvimento e caracterização de suportes porosos de polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM) para utilização como biomaterial para reposição e regeneração óssea. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 18(4), 277-280. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282008000400004.

27 Itälä, A. I., Ylänen, H. O., Ekholm, C., Karlsson, K. H., & Aro, H. T. (2001). Pore diameter of more than 100 microm is not requisite for bone ingrowth in rabbits. Journal of Biomedical Materials Research, 58(6), 679-683. http://dx.doi.org/10.1002/jbm.1069. PMid:11745521.

28 Rocha, G. B. T., Pereira, L. M. M., Farias, L. D. P., Gandur, N. L., Flores, P. M., Oliveira, R. M., & Silva, M. H. P. (2016). Análise fractográfica em MEV: fratura dúctil x fratura frágil. Revista Militar de Ciência e Tecnologia, 33(2), 85-87. Retrieved in 2023, January 18, from https://rmct.ime.eb.br/arquivos/RMCT_4_tri_2016_web/PICM_2016_B3_final.pdf

29 Sousa, W. J. B., Barbosa, R. C., Fook, M. V. L., Filgueira, P. T. D., & Tomaz, A. F. (2017). Membranas de polihidroxibutirato com hidroxiapatita para utilização como biomaterial. Revista Matéria, 22(4), e-11902. http://dx.doi.org/10.1590/s1517-707620170004.0236.

30 Pacheco, F., Christ, R., Gil, A. M., & Tutikian, B. F. (2016). SEM and 3D microtomography application to investigate the distribution of fibers in advanced cementitious composites. Revista IBRACON de Estruturas e Materiais, 9(6), 824-841. http://dx.doi.org/10.1590/s1983-41952016000600002.

31 Callister, W. D. C. (2007). Materials science and engineering. New York: John Wiley & Sons.

32 Gürbüz, Ö., Cilingir, A., Dikmen, B., Ozsoy, A., & Eren, M. A. (2020). Efeito do selante de superfície na rugosidade superficial de diferentes compósitos e avaliação de sua microdureza. European Oral Research, 54(1), 1-8. http://dx.doi.org/10.26650/eor.20200020. PMid:32518904.

33 Ligowski, E., Santos, B. C., & Fujiwara, S. T. (2015). Materiais compósitos a base de fibras da cana-de-açúcar e polímeros reciclados obtidos através da técnica de extrusão. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 25(1), 70-75. http://dx.doi.org/10.1590/0104-1428.1605.

34 Santos, E. F., Moresco, M., Rosa, S. M. L., & Nachtigall, S. M. B. (2010). Extrusão de compósitos de PP com fibras curtas de coco: efeito da temperatura e agentes de acoplamento. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 20(3), 215-220. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282010005000036.

35 Oliveira, R. V. B., Ferreira, C. I., Peixoto, L. J. F., Bianchi, O., Silva, P. A., Demori, R., Silva, R. P., & Veronese, V. B. (2013). Mistura polipropileno/poliestireno: um exemplo da relação processamento-estrutura-propriedade no ensino de polímeros. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 23(1), 91-96. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282013005000001.

36 Azevedo, J. B., Viana, J. D., Carvalho, L. H., & Canedo, E. L. (2016). Caracterização de compósitos obtidos a partir de polímero biodegradável e casca de arroz utilizando duas técnicas de processamento. Revista Matéria, 21(2), 391-406. http://dx.doi.org/10.1590/S1517-707620160002.0037.

37 Erbetta, C. D. C., Viegas, C. C. B., Freitas, R. F. S., & Sousa, R. G. (2011). Syntesis and termal and chemical characterization of the poly (D,L – lactide – co – glycolide). Polímeros: Ciência e Tecnologia, 21(5), 376-382. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282011005000063.

38 Passos, I. A. G., Marques, J. N., Câmara, J. V. F., Simão, R. A., Prado, M., & Pereira, G. D. S. (2022). Effect of non-thermal argon plasma on the shear strength of adhesive systems. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 32(1), e2022012. http://dx.doi.org/10.1590/0104-1428.20220019.

39 Melo, R. B., Tavares, W. L. B., Fonseca, W. L. M., Silva, D. A. C., Pontes, I. V., & Barbalho, J. C. M. (2015). Utilização de sistema de fixação bioabsorvível em caso de fratura mandibular em paciente pediátrico. Revista de Cirurgia e Traumatologia Buco-Maxilo-Facial, 15(2), 45-48. Retrieved in 2023, January 18, from https://www.revistacirurgiabmf.com/2015/2/07-Utilizacaodesistemadefixacaoabsorvivel.pdf
 

64340e4ea953954f91259072 polimeros Articles
Links & Downloads

Polímeros: Ciência e Tecnologia

Share this page
Page Sections