Analiza polietilena v kolenskih in kolčnih protezah z vibracijsko spektroskopijo

Avtorja:

Matic J. Grdadolnik, Arne K. Marušič

Mentorica:

Alenka Mozer

Somentor:

dr. Urban Novak – Kemijski inštitut

Ključne besede:

vibracijska spektroskopija, UHMWPE, umetni sklepi, analiza

Povzetek:

Število ljudi z gibalnimi težavami zaradi okvar kolenskega ali kolčnega sklepa se hitro povečuje. Poškodbe sklepov,ki nastanejo zaradi staranja in različnih poškodb lahko pogosto odpravimo le z odstranitvijo okvarjenega sklepa in vsaditvijo novega, umetnega sklepa. Stroški takih operacij so izjemno visoki. Zato je zelo pomembno, da sta umetni kolk ali koleno pred vsaditvijo brez napak v zgradbi, ki bi predstavljale nadaljnje težave po operaciji. Okužbe ali mehanske motnje materialov v umetnem sklepu ne bi smele biti razlog za nadaljnje zaplete.

Najšibkejšo točko v umetnih sklepih predstavlja polietilen visoke gostote in premreženosti (angleško UHMWPE–Ultra-High Molecular Weight Polyethylene). Uporablja se kot material za skodelico, ki drsi mimo glave stegnenice iz titana. Glede na vse kemijske in mehanske lastnosti je UHMWPE trenutno najbolj primeren polimer za tako uporabo. Vendar že majhne spremembe v kemijski zgradbi lahko vplivajo na njegove mehanske lastnosti, ki potem vplivajo na učinkovitost celotnega zamenjanega sklepa. Proizvodnja UHMWPE je zapletena in vključuje več korakov. To poveča možnost napak in primernost končnega izdelka za nadaljnjo uporabo je treba preizkusiti. Zato potrebujemo hitro, natančno in neinvazivno metodo za testiranje polimera.

Ker so mehanske lastnosti UHMWPE tesno povezane z njegovo kemično zgradbo, smo se za preučevanje strukture UHMWPE odločili za sistematično uporabo infrardeče (IR) in Ramanske spektroskopije. Iz vibracijskega spektra lahko razberemo podatke o kemijski zgradbi materiala. Ker so te tesno povezane z mehanskimi lastnostmi lahko na podlagi kemijske zgradbe napovemo ali je material primeren za nadaljnjo uporabo. Našli smo ustrezne spektralne parametre (frekvence in obliko ustreznih trakov v vibracijskih spektrih), ki so občutljivi na stopnjo kristaliničnosti,premreženosti in oksidacije. Te lastnosti materiala najbolj vplivajo na mehanske lastnosti polimera.