Tato diplomová práce se zabývá studiem kurkuminu jako vhodného antioxidantu použitelného pro modifikaci síťovaného UHMWPE za účelem zlepšení jeho vlastností a odolnosti proti oxidaci. Teoretická část je zaměřena na všeobecné vlastnosti UHMWPE, jeho současné typy modifikací a novodobé výzkumy zabývající se nalezením nejvhodnějších antioxidantů, kterými by bylo dosaženo co nejlepších vlastností UHMWPE. V praktické části byly vyrobeny vzorky UHMWPE nemodifikovaného, s přídavkem vitamínu E, kurkuminu a jejich zesíťované formy připraveny pomocí organického peroxidu Trigonoxu 101. Provedením mechanických zkoušek (Charpy test, tahová zkouška), termických analýz (TGA, DSC), oxidační stability (FTIR, DSC), odolnosti proti oděru a biologických testů byl vyhodnocen vliv kurkuminu na vlastnosti UHMWPE a výsledky následně srovnány s ostatními vyrobenými vzorky.
Annotation in English
This master thesis deals with a study of curcumin as a suitable antioxidant applicable for modification of crosslinked UHMWPE to improve its properties and resistance to oxidation. The theoretical part focuses on the general properties of UHMWPE, the current types of its modification and recent studies to find the most suitable antioxidants to achieve the best properties of UHMWPE. In the practical part, samples of unmodified UHMWPE and modified UHMWPE with the addition of vitamin E, curcumin, and their crosslinked forms were prepared using organic peroxide Trigonox 101. The effect of curcumin on the properties of UHMWPE was evaluated by performing mechanical tests (Charpy test, tensile test), thermal analyses (TGA, DSC), oxidation stability tests (FTIR, DSC), wear resistance and biological tests, and the results were then compared with other prepared samples
Keywords
ultravysokomolekulární polyethylen, kurkumin, vitamín E, síťování, lisování, modifikace
Keywords in English
ultra-high molecular weight polyethylene, curcumin, vitamin E, crosslinking, pressing, modification
Length of the covering note
86 s (17 082 znaků)
Language
CZ
Annotation
Tato diplomová práce se zabývá studiem kurkuminu jako vhodného antioxidantu použitelného pro modifikaci síťovaného UHMWPE za účelem zlepšení jeho vlastností a odolnosti proti oxidaci. Teoretická část je zaměřena na všeobecné vlastnosti UHMWPE, jeho současné typy modifikací a novodobé výzkumy zabývající se nalezením nejvhodnějších antioxidantů, kterými by bylo dosaženo co nejlepších vlastností UHMWPE. V praktické části byly vyrobeny vzorky UHMWPE nemodifikovaného, s přídavkem vitamínu E, kurkuminu a jejich zesíťované formy připraveny pomocí organického peroxidu Trigonoxu 101. Provedením mechanických zkoušek (Charpy test, tahová zkouška), termických analýz (TGA, DSC), oxidační stability (FTIR, DSC), odolnosti proti oděru a biologických testů byl vyhodnocen vliv kurkuminu na vlastnosti UHMWPE a výsledky následně srovnány s ostatními vyrobenými vzorky.
Annotation in English
This master thesis deals with a study of curcumin as a suitable antioxidant applicable for modification of crosslinked UHMWPE to improve its properties and resistance to oxidation. The theoretical part focuses on the general properties of UHMWPE, the current types of its modification and recent studies to find the most suitable antioxidants to achieve the best properties of UHMWPE. In the practical part, samples of unmodified UHMWPE and modified UHMWPE with the addition of vitamin E, curcumin, and their crosslinked forms were prepared using organic peroxide Trigonox 101. The effect of curcumin on the properties of UHMWPE was evaluated by performing mechanical tests (Charpy test, tensile test), thermal analyses (TGA, DSC), oxidation stability tests (FTIR, DSC), wear resistance and biological tests, and the results were then compared with other prepared samples
Keywords
ultravysokomolekulární polyethylen, kurkumin, vitamín E, síťování, lisování, modifikace
Keywords in English
ultra-high molecular weight polyethylene, curcumin, vitamin E, crosslinking, pressing, modification
Research Plan
Utravysokomolekulární polyethylen (UHMWPE) se vyznačuje výbornými mechanickými vlastnostmi a biokompatibilitou, což z něj činí materiál hojně využívaný pro výrobu komponent kloubních náhrad. Při jeho zpracování se využívá ionizační záření, pomocí kterého se vytváří síťovaná struktura, která mu dodává ideální mechanickou výdrž. I když existují postupy, jak po sesíťovaní materiál ošetřit, aby v něm zůstalo minimum volných radikálů, které působí na jeho vlastnosti prostřednictvím oxidace negativně, je omezení oxidace UHMWPE stále velkou výzvou. Jednou z metod, která se osvědčila je modifikace UHMWPE antioxidanty. Vitamin E je pro tento účel již schválen i pro použití in vivo.
Studentka se v rámci své diplomové práce nejprve zaměří na optimalizaci metody zpracování UHMWPE lisováním, protože tento polymer není možné zpracovávat standardně vstřikováním či vytlačováním.
Poté připraví vzorky s obsahem vitaminu E a kurkuminu, a srovná jejich vlastnosti s UHMWPE bez přísad.
Síťování bude provedeno chemicky pomocí peroxidu.
Důraz bude kladen na vlastnosti mechanické, strukturní, a biologické.
Pro rešerši ke své práci bude využívat především články z impaktovaných časopisů popisující jednak zpracování UHMWPE, a také tvorbu směsi s antioxidanty a jeho síťování.
Research Plan
Utravysokomolekulární polyethylen (UHMWPE) se vyznačuje výbornými mechanickými vlastnostmi a biokompatibilitou, což z něj činí materiál hojně využívaný pro výrobu komponent kloubních náhrad. Při jeho zpracování se využívá ionizační záření, pomocí kterého se vytváří síťovaná struktura, která mu dodává ideální mechanickou výdrž. I když existují postupy, jak po sesíťovaní materiál ošetřit, aby v něm zůstalo minimum volných radikálů, které působí na jeho vlastnosti prostřednictvím oxidace negativně, je omezení oxidace UHMWPE stále velkou výzvou. Jednou z metod, která se osvědčila je modifikace UHMWPE antioxidanty. Vitamin E je pro tento účel již schválen i pro použití in vivo.
Studentka se v rámci své diplomové práce nejprve zaměří na optimalizaci metody zpracování UHMWPE lisováním, protože tento polymer není možné zpracovávat standardně vstřikováním či vytlačováním.
Poté připraví vzorky s obsahem vitaminu E a kurkuminu, a srovná jejich vlastnosti s UHMWPE bez přísad.
Síťování bude provedeno chemicky pomocí peroxidu.
Důraz bude kladen na vlastnosti mechanické, strukturní, a biologické.
Pro rešerši ke své práci bude využívat především články z impaktovaných časopisů popisující jednak zpracování UHMWPE, a také tvorbu směsi s antioxidanty a jeho síťování.
Recommended resources
[1] Oral E, Doshi BN., Gul RM. et al. Peroxide cross-linked UHMWPE blended with vitamin E. J Biomed Mater Res Part B. 2017, 105B, 1379-1989.
[2] Smith & Nephew Orthopaedics AG 6343 Rotkreuz. Oxidation resistant highly-crosslinked UHMWPE. Brunnel L, Dirix Y a H Schmotzer. Švýcarsko. Evropský patent, EP 2 125 907 B1, 20. 3. 2007.
[3] Hope N a A Bellare. A Comparison of the efficacy of various antioxidants on the oxidative stability of Irradiated polyethylene. Clin Orthop Relat Res. 2015, 473, 936–941.
[4] Kirschweng B, Tatraaljai D, Foldes E et al. Efficiency of curcumin, a natural antioxidant, in the processing stabilization of PE: concentration effects. Polym Degrad Stab. 2015, 118, 17-23.
[5] Jefferies C, Al-Malaika S a HH Sheena. New and novel stabilisation approach for radiation-crosslinked Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene (XL-UHMWPE) targeted for use in orthopeadic implants. Polym Degrad Stab. 2021, 183, 109462.
Recommended resources
[1] Oral E, Doshi BN., Gul RM. et al. Peroxide cross-linked UHMWPE blended with vitamin E. J Biomed Mater Res Part B. 2017, 105B, 1379-1989.
[2] Smith & Nephew Orthopaedics AG 6343 Rotkreuz. Oxidation resistant highly-crosslinked UHMWPE. Brunnel L, Dirix Y a H Schmotzer. Švýcarsko. Evropský patent, EP 2 125 907 B1, 20. 3. 2007.
[3] Hope N a A Bellare. A Comparison of the efficacy of various antioxidants on the oxidative stability of Irradiated polyethylene. Clin Orthop Relat Res. 2015, 473, 936–941.
[4] Kirschweng B, Tatraaljai D, Foldes E et al. Efficiency of curcumin, a natural antioxidant, in the processing stabilization of PE: concentration effects. Polym Degrad Stab. 2015, 118, 17-23.
[5] Jefferies C, Al-Malaika S a HH Sheena. New and novel stabilisation approach for radiation-crosslinked Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene (XL-UHMWPE) targeted for use in orthopeadic implants. Polym Degrad Stab. 2021, 183, 109462.
