Μελέτη μηχανικών ιδιοτήτων σε μικρο και νανο κλίμακα πολυμερών υλικών για χρήση σε ορθοπεδικές εφαρμογές

datacite.contributor.RelatedPersonΚωστόπουλος Βασίλειος
datacite.contributor.RelatedPersonΔεληγιάννη, Δέσποινα
datacite.contributor.SupervisorΜηχανετζής, Γεώργιος
dc.contributor.authorΔιακάκη, Ευαγγελία
dc.contributor.otherDiakaki, Evangelia
dc.date.accessioned2025-10-14T05:49:17Z
dc.date.available2025-10-14T05:49:17Z
dc.date.issued2025-10-13
dc.degreegraduateThesis
dc.description.abstractΗ εξέλιξη των βιοϋλικών ξεκινά από τις πρώιμες εφαρμογές φυσικών υλικών στην αρχαιότητα και διαμορφώνεται σε τρεις γενεές: την «παθητική» πρώτη γενεά με έμφαση στη βιοανοχή, τη δεύτερη με βιοενεργά και βιοαπορροφήσιμα υλικά, και τη σύγχρονη τρίτη γενεά που στοχεύει στη ρυθμιζόμενη αλληλεπίδραση με τους ιστούς και στην προώθηση της αναγέννησης μέσω προηγμένων τεχνικών και υβριδικών συστημάτων. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα εργασία διερευνά πολυμερικά βιοϋλικά με δυνητική χρήση στην ορθοπεδική, εστιάζοντας στο πολυγαλακτικό οξύ (PLA), την πολυ(ε-καπρολακτόνη) (PCL) και το πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE), λόγω της βιοσυμβατότητας, της δυνατότητας επεξεργασίας τους και του ευρέος φάσματος μηχανικών ιδιοτήτων τους. Ο πειραματικός σχεδιασμός συνδυάζει συμπληρωματικές τεχνικές για ολοκληρωμένη αποτίμηση σε μικρο- και νανοκλίμακα. Με τη μικροσκοπία ατομικής δύναμης (AFM) αποτυπώθηκε η επιφανειακή τοπογραφία και ποσοτικοποιήθηκε η τραχύτητα , με τη μικροσκοπία ηλεκτρονικής σάρωσης (SEM) αναδείχθηκαν μορφολογικά χαρακτηριστικά της μικροδομής και πιθανές επιφανειακές ασυνέχειες ή ίχνη ροής, ενώ με τη νανοεισχώρηση (Nanoindentation) προσδιορίστηκαν το φαινόμενο μέτρο ελαστικότητας (Er) και η σκληρότητα (H), ώστε να αποτυπωθεί η τοπική μηχανική απόκριση. Η ανάλυση έδειξε ότι οι μεταβολές στη μορφολογία—όπως σφαιριλιτική υφή ή ίχνη ροής— συσχετίζονται με αυξημένες τιμές τραχύτητας και αντανακλώνται σε διαφοροποιήσεις των Er και H, χωρίς να υπάρχει απαραίτητα μονοτονική σχέση με το μοριακό βάρος. Συνολικά, το πολυγαλακτικό οξύ (PLA) εμφάνισε υψηλότερη δυσκαμψία και σκληρότητα με χαμηλή έως μέτρια τραχύτητα, τη πολυ(ε-καπρολακτόνη) (PCL) χαμηλή δυσκαμψία με μεταβλητή τραχύτητα ανάλογα με την ιστορία κατεργασίας, και το πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE) ενδιάμεσες τιμές με χαρακτηριστικές μορφολογικές ανομοιογένειες. Τα ευρήματα αυτά σκιαγραφούν τα πλεονεκτήματα και τους περιορισμούς των πολυγαλακτικού οξέος (PLA), πολυ(ε-καπρολακτόνης) (PCL) και πολυαιθυλενίου υψηλής πυκνότητας (HDPE), θεμελιώνοντας το υπόβαθρο για στοχευμένη βελτιστοποίηση ιδιοτήτων και μεταφορά σε συγκεκριμένα κλινικά ορθοπεδικά σενάρια.
dc.description.sponsorshipΝ/Α
dc.description.translatedabstractThe evolution of biomaterials began with the early applications of natural materials in antiquity and has developed through three generations: the “passive” first generation, emphasizing biocompatibility; the second generation, incorporating bioactive and biodegradable materials; and the modern third generation, which aims for tunable interactions with tissues and promotes regeneration through advanced techniques and hybrid systems. Within this context, the present study investigates polymeric biomaterials with potential orthopedic applications, focusing on polylactic acid (PLA), poly(ε-caprolactone) (PCL), and high-density polyethylene (HDPE), due to their biocompatibility, processability, and broad range of mechanical properties. The experimental design combines complementary techniques for comprehensive evaluation at the micro- and nanoscale. Atomic force microscopy (AFM) was used to capture the surface topography and quantify roughness , scanning electron microscopy (SEM) revealed morphological features of the microstructure and possible surface irregularities or flow marks, while nanoindentation determined the effective elastic modulus (Er) and hardness (H), providing insight into the local mechanical response. Analysis showed that variations in morphology—such as spherulitic texture or flow marks—correlate with increased roughness values and are reflected in variations of the elastic modulus and hardness, without necessarily exhibiting a monotonic relationship with molecular weight. Overall, polylactic acid (PLA) exhibited higher stiffness and hardness with low to moderate roughness, poly(ε-caprolactone) (PCL) displayed low stiffness with variable roughness depending on processing history, and high-density polyethylene (HDPE) showed intermediate values with characteristic morphological heterogeneities. These findings outline the advantages and limitations of polylactic acid (PLA), poly(ε-caprolactone) (PCL), and high-density polyethylene (HDPE), providing a foundation for targeted property optimization and translation to specific clinical orthopedic scenarios.
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10889/30585
dc.language.isoel
dc.rightsCC0 1.0 Universalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
dc.subjectΜικροσκοπία ατομικής δύναμης
dc.subjectΝανοεισχώρηση
dc.subjectΠολυγαλακτικό οξύ
dc.subjectΠολυ(ε-καπρολακτόνη)
dc.subjectΠολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας
dc.subject.alternativeAtomic force microscopy (AFM)
dc.subject.alternativeNanoindentation
dc.subject.alternativePolylactic acid (PLA)
dc.subject.alternativePoly(ε-caprolactone) (PCL)
dc.subject.alternativeHigh-density polyethylene (HDPE)
dc.titleΜελέτη μηχανικών ιδιοτήτων σε μικρο και νανο κλίμακα πολυμερών υλικών για χρήση σε ορθοπεδικές εφαρμογές
dc.title.alternativeStudy of mechanical properties in micro and nano scale of polymeric materials for use in orthopedic applications

Files

Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
DT_M_DIAKAKI_EVANGELIA_1047353.pdf
Size:
3.08 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
License bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
license.txt
Size:
5.02 KB
Format:
Item-specific license agreed upon to submission
Description: