Análisis del perfil de la superficie del encaje protésico transfemoral laminado fabricado con diferentes proporciones de resina epoxi y resina acrílica

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 2664 (2023) Citar este artículo

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El acrílico y el epoxi son tipos comunes de resina que se utilizan en la fabricación de encajes. Diferentes tipos de resina afectarán la superficie interna de un encaje laminado. Este documento tiene como objetivo determinar la mejor combinación de proporción de epoxi y resina acrílica para un encaje de prótesis laminada y evaluar el análisis del perfil de la superficie de diferentes combinaciones de encajes protésicos laminados para la rugosidad de la superficie. Los alvéolos transfemorales se crearon usando varias proporciones de resina a endurecedor de 2:1, 3:1, 3:2, 2:3 y 1:3 para resina epoxi y 100:1, 100:2, 100:3, 100 :4 y 100:5 para resina acrílica. Se usaron ocho capas de jersey que consistían en cuatro jerseys elásticos y cuatro jerseys de perlón. Se extrajo una muestra con un tamaño de 4 cm × 6 cm del alvéolo en el lado lateral debajo del área del trocánter mayor. El palpador Mitutoyo Sj-210 Surface Tester se pasó por la muestra y dio el valor de rugosidad superficial promedio (Ra), el valor de rugosidad cuadrática media (Rq) y el valor de rugosidad media de diez puntos (Rz). La resina epoxi muestra una superficie más suave en comparación con la resina acrílica con valores Ra de 0,766 µm, 0,9716 µm, 0,9847 µm y 1,5461 µm con una proporción de 3:2, 3:1, 2:1 y 2:3 respectivamente. Sin embargo, para la resina epoxi con relación 1:3, la resina no cura con el endurecedor. En cuanto a la resina acrílica los valores de Ra son 1.0086 µm, 2.362 µm, 3.372 µm, 4.762 µm y 6.074 µm con relaciones 100:1, 100:2, 100:5, 100:4 y 100:3, respectivamente. La resina epoxi es una mejor opción para fabricar un encaje laminado considerando que la superficie producida es más suave.

Los dispositivos protésicos son extremidades artificiales fabricadas como reemplazo de una extremidad faltante1,2. Los objetivos de la prótesis son restaurar las actividades normales de la vida diaria del usuario3,4. Diferentes técnicas de fabricación disponibles para fabricar estos dispositivos, como termoformado y laminación5. Donde el termoformado ablandó una lámina de plástico y la colocó sobre un molde positivo donde la laminación usó resina y endurecedor para recubrir el molde positivo5,6,7. Estos procesos y materiales indujeron diferentes propiedades mecánicas de un encaje protésico8. La proporción recomendada de resina a endurecedor para epoxi es 2:1 mientras que para acrílico, el catálogo de proveedores mencionado es 100:1–3.

En términos de cualidades mecánicas, como la resistencia máxima a la tracción, la resistencia a la flexión y la rigidez, se ha descubierto que los encajes protésicos fabricados con compuestos laminados son más resistentes que los encajes termoplásticos de copolímeros9,10,11. La cantidad de vacío extraído durante la construcción, el grado de mojado (saturación de resina en el material de refuerzo), el tipo de resina, la cantidad de resina y el tipo de refuerzo de fibra pueden crear variaciones en los encajes protésicos laminados5,12 .

La epidermis, el tejido subcutáneo, los vasos sanguíneos y el flujo sanguíneo del muñón se ven afectados por la presión y la fricción creadas por el movimiento. La fricción de deslizamiento recíproco en la superficie de la piel tendería a romper la eficiencia de la función de barrera del estrato córneo e inducir el trauma de la piel13,14. El coeficiente de fricción y la disipación de energía entre el encaje protésico y los materiales del revestimiento se ven afectados por la rugosidad de la superficie15,16. La mayoría de los participantes transfemorales habían usado correa o suspensión por succión (CSS)17. Para un paciente transfemoral con suspensión por succión, el encaje interactúa directamente con la piel del paciente, lo que influye en la condición de la piel.

En lo que respecta a la estabilidad térmica, los compuestos creados superaron a la resina epoxi pura en términos de tasa de degradación reducida a la misma temperatura y mayor entalpía, lo que demuestra que los compuestos epoxi reforzados con fibras naturales son muy superiores a la resina epoxi pura18. El acrílico tenía una resistencia a la tracción transversal y un módulo equivalente un 33 % más altos. Tenía una resistencia a la flexión longitudinal y un módulo comparables. Tenía un módulo y una resistencia a la flexión transversal ligeramente inferiores. Exhibía tenacidad a la fractura y resistencia a la delaminación superiores. Las micrografías revelaron ductilidad microestructural en acrílico y mecanismos de fractura frágil en epoxi. El acrílico tuvo un pico de tan delta más alto que el epoxi19,20.

Sin embargo, la diferencia de rugosidad de la superficie de la resina epoxi y acrílica no se menciona en ningún estudio. Por lo tanto, el estudio está interesado en investigar la rugosidad de la superficie de ambos tipos de resina para determinar la mejor fabricación de un encaje protésico en términos de rugosidad de la superficie para una mayor comodidad.

Los materiales utilizados en este estudio fueron resina acrílica; Orthocryl Laminierharz 80:20 (617H19) (Ottobock, Inc., Duderstadt, Alemania) con polvo endurecedor Ottobock (617P37) (Ottobock, Inc., Duderstadt, Alemania) como endurecedor, resina epoxi; Epoxen CP362 parte A con endurecedor CP362 parte B (Oriental Option Sdn Bhd, Penang, Malaysia). La bolsa de alcohol polivinílico (PVA) se fabricó con láminas de PVA de Ottobock (616F4). Calcetín usado también obtenido de Ottobock, que es calcetín elástico de perlón, blanco (623T5 = 15) (Ottobock, Inc., Duderstadt, Alemania) con una anchura de 15 cm. La media elástica fue proporcionada por el Centro de Ingeniería Protésica y Ortésica (CPOE) con un ancho también de 15 cm.

El modelo positivo se obtuvo copiando un encaje transfemoral de polipropileno proporcionado por el Centro de Ingeniería Protésica y Ortésica (CPOE) en un modelo negativo. Luego, el modelo negativo se llenó con una suspensión de yeso de París (POP) hecha mezclando polvo de POP y agua. A medida que se endurecía la suspensión de POP, se retiraba el modelo negativo y se modificaba y alisaba el modelo positivo.

La técnica de laminación comienza preparando 2 bolsas de alcohol polivinílico (PVA) de acuerdo con el tamaño del molde positivo. Se colocaron 8 capas de materiales de refuerzo entre la bolsa de PVA que constaba de 4 medias de perlón y 4 medias elásticas. Se preparó una mezcla de resina y endurecedor en un rango de 600-610 g en una copa con diferente relación de combinación como se muestra en la Tabla 1.

A continuación, la solución se vertió en el sándwich de bolsa de PVA y materiales de refuerzo. Cada encaje se fabricó con resina acrílica y resina epoxi bajo succión al vacío de menos del 20 % no inductivo hasta que esté caliente, lo que indica que se ha curado. Luego, el compuesto laminado se dejó toda la noche antes de terminar el encaje alisando el borde de la línea de corte del encaje. A continuación, se cortó el encaje laminado de acuerdo con la línea de corte que se sacaría del modelo positivo. Se tomó un recorte de muestra de la parte lateral del alvéolo a 21 cm del extremo distal ya 3 cm de la pared medial con un tamaño de 4 cm x 6 cm.

Los alveolos transfemorales laminados superponen cortes de muestra de alrededor de 4 cm × 6 cm (muestras de referencia) como se muestra en la Fig. 1. Un perfilómetro es una herramienta típica para determinar la rugosidad de la superficie. Se utilizó un perfilómetro de contacto de mesa para evaluar la rugosidad de la superficie de las muestras de Pe-Lite (serie Mitutoyo SurfTest SJ-210)21,22. Con el perfilómetro se incluyó una sonda retráctil con una aguja de punta de diamante. El palpador tenía un radio de 2,5 μm y estaba equipado con una fuerza de medición de 0,75 mN. Para cada superficie se realizaron veinte ensayos.

Recortes de muestras.

El análisis topográfico se llevó a cabo con el uso de un dispositivo portátil conectado a un programa de software de comunicación que permitió registrar la inspección en tiempo real y mostrar los gráficos de análisis 2D automáticamente como se muestra en la Fig. 2. Rugosidad superficial promedio (Ra), la rugosidad cuadrática media (Rq) y la rugosidad media de diez puntos (Rz) se eligieron como parámetros de rugosidad. Ra se obtiene midiendo la desviación media de los picos desde la línea central de la traza, estando establecida la línea central como la línea por encima y por debajo de la cual hay un área igual entre la línea central y la traza superficial. Hay poca diferencia entre los valores promedio de la línea central (CLA) y la raíz cuadrada media (RMS) para una superficie determinada. Es el promedio de las alturas de pico único a valle de n número de longitudes de muestreo contiguas. La ilustración de este principio se muestra en la Fig. 3.

Gráfico 2D generado a partir del Mitutoyo Surftest SJ-210.

Ilustración de los valores Ra y Rz.

Se realizaron veinte ensayos pasando el lápiz sobre las muestras. Las muestras se dividen en cuatro segmentos iguales y se realizan cinco ensayos en cada segmento. Las secuencias de las pruebas se muestran en la Fig. 4. Las pruebas comenzaron en el segmento anterior-distal y terminaron en el segmento anterior-proximal.

Secuencias de ensayo de superficie.

Por último, para obtener los datos de comparación, se realizaron las medias de los veinte ensayos para los tres parámetros de rugosidad superficial de las nueve proporciones diferentes de resina a endurecedor.

La Tabla 2 muestra el tiempo necesario para diferentes proporciones de resina y endurecedor para dos tipos de resina. No se registra el tiempo necesario para una parte de resina epoxi y tres partes de endurecedor, ya que la mezcla no cura. El tiempo que tarda la resina acrílica en curar es más corto en comparación con la resina epoxi, con un tiempo máximo de solo 167 minutos, mientras que para la resina epoxi, el tiempo mínimo es de 480 minutos.

La Figura 5 muestra los valores de Ra, Rq y Rz para diferentes proporciones de resina y endurecedor para resina epoxi y resina acrílica. La resina epoxi con una proporción de 3:2, resina a endurecedor muestra los valores más bajos para todos los parámetros. Mientras que la resina acrílica con una proporción de resina a endurecedor de 100:3 muestra los valores más altos para todos los parámetros.

Valor medio Ra, Rq, Rz de diferentes resinas y proporciones.

El resultado muestra que el tiempo de curado depende de la cantidad de endurecedor utilizado. Más endurecedor curará el composite más rápido23,24. Como podemos ver, el tiempo de curado del compuesto aumenta a medida que disminuye la cantidad de endurecedor, como se muestra en la Tabla 2. Sin embargo, la cantidad de endurecedor no debe exceder la resina, esto produjo un compuesto sin curar, como podemos ver con la resina epoxi para endurecedor de 1:3 y el mismo caso también sucedió con la relación de 2:3 donde el alvéolo tarda un día en curar y el composite es blando. Por lo tanto, estas proporciones deben evitarse. El tiempo de curado de la resina acrílica muestra un patrón más claro a medida que el tiempo que tarda el compuesto en curar disminuye a medida que aumenta el endurecedor. Sin embargo, la última combinación de proporciones supera a la anterior en 4 min. Este patrón muestra el comportamiento de la resina acrílica donde la cantidad intermedia de endurecedor tiene una temperatura de inicio diferente en comparación con la cantidad baja y alta de endurecedor25. El acrílico muestra un tiempo de curado más rápido ya que es un material termoplástico, mientras que la resina epoxi es un material termoestable23,26.

Para la resina epoxi, la superficie interna más lisa se produjo con la proporción de resina a endurecedor de 3:2, seguida de 3:1, 2:1 y, por último, con un valor superior a 1, 2:3. El encaje hecho con una proporción de resina a endurecedor de 1:3 se excluyó en las pruebas de superficie ya que el compuesto no se curó y terminó en estado líquido. Esto se debe a la cantidad de moléculas de epóxido que reaccionan completamente con las moléculas de endurecedor, dejando libre una molécula de endurecedor extra23,27. El casquillo hecho con una proporción de resina a endurecedor de 2:3 tiene los valores Ra, Rq y Rz más altos en comparación con otros casquillos de epoxi porque el casquillo es blando y produce arrugas visibles como en la Fig. 6 que son invisibles en otros casquillos. Los grupos epoxi tienden a reaccionar con aminas primarias con un aumento de la cantidad de endurecedor. Esto aumenta la cantidad de tiempo que tarda la mezcla en curar y da como resultado un tiempo óptimo para que la resina se deslice en los materiales de refuerzo, llene el espacio, minimice la formación de burbujas de aire y permita que las burbujas de aire se succionen. El epoxi con un gran exceso de endurecedor tiene una red de epoxi más suelta23,24.

Superficie interna del zócalo TF con una proporción de resina epoxi a endurecedor de 2:3.

En cuanto a la resina acrílica, la lisura de las superficies internas está relacionada con la cantidad de endurecedor utilizado. Esto puede verse afectado por el tiempo de curado del composite. A medida que el compuesto se curaba lentamente, se permitió que la mezcla de resina y endurecedor fluyera más libremente creando menos vacíos en comparación con otras proporciones que tienen un tiempo de curado más rápido. La superficie más lisa estuvo dada por la proporción de 100:1, resina a endurecedor, con un valor de Ra de 1,0086 µm como se indica en la Fig. 5. Como se discutió, la proporción de 100:1 toma el mayor tiempo de curado, 167 min, por lo que se espera que produzca la superficie más lisa. La proporción de resina a endurecedor de 100:2 redujo significativamente el tiempo de curado a solo 43 min, esto también duplicó el valor de Ra a 2,3622 µm en comparación con la proporción de 100:1. La relación de 100:3 muestra el valor más alto de los tres parámetros Ra, Rq y Rz, esto es un poco peculiar ya que la siguiente relación, que es 100:4 y 100:5, tiene valores de parámetros más bajos. Esto se debe a que los contenidos de iniciador están asociados a un pequeño número de monómeros perturbadores de radicales libres y, por tanto, también responsables de una propagación basada en un menor número de cadenas crecientes de mayor longitud25,26. Muestra con alto contenido de iniciador, por otro lado, la propagación se basa en el crecimiento competitivo de muchas cadenas de formación corta debido a la mayor cantidad de radicales libres disponibles. En consecuencia, el contenido de polímero aumenta y puede promover el llamado efecto gel25,28. Esto sugiere la inestabilidad con la relación 100:3, pero la mezcla se vuelve más estable con una cantidad baja y alta de endurecedor.

La forma en que los contactos superficiales relacionados se comportan con respecto a la fricción es esencial. La rugosidad de la superficie juega un impacto significativo en la determinación de la fricción ya que estas variables están relacionadas entre sí29. Los estudios de fricción revelan información importante sobre cómo la piel interactúa con diferentes superficies. Las áreas de reducción de un yeso positivo ejercerán la máxima presión en el caso de un encaje protésico30 ya que estas regiones son las encargadas de regular el movimiento del muñón en el encaje. Además, la velocidad de marcha de los pacientes tendrá un impacto variado en la fricción31.

La prueba ANOVA de una vía en la Tabla 3 reveló que entre los datos de la resina epoxi no se rechaza la hipótesis nula de igualdad de medias para todas las proporciones con valor de p = 1,00, pero se rechaza la hipótesis nula de igualdad de medias entre la resina epoxi y la resina acrílica. . El encaje hecho de resina epoxi indica el rechazo de la hipótesis nula de igualdad de medias con el encaje hecho de resina acrílica con relación 100:1 ya que el valor p = 1 esto también se aplica a la resina acrílica con relación 100:2 especialmente con epoxi Resina con relación 2:3. Mientras tanto, las proporciones de resina acrílica de 100:3 a 100:5 muestran una gran importancia ya que el valor p se calcula en menos de 0,001. Entre el encaje de resina acrílica, algunas proporciones son estadísticamente similares a las otras, como 100:1 con 100:2, 100:2 con 100:5, 100:3 con 100:4 y, por último, 100:4 con 100: 5.

Como se muestra en el resultado, la resina epoxi es superior en términos de suavidad de la superficie interna, pero lleva más tiempo fabricarla. La resina epoxi con una proporción de resina a endurecedor de 3:2 brinda la superficie más suave; sin embargo, la proporción de resina epoxi indicada es de 2:1, pero no brinda la superficie más suave. La diferencia entre 2:1 y 3:2 no es tan significativa con solo 0,218 µm, por lo que, más adelante, la diferencia de otras propiedades mecánicas determinará la mejor relación para usar en la fabricación de un encaje laminado. La superficie más lisa del encaje transfemoral brindará a los pacientes más comodidad y puede promover el proceso de rehabilitación con un uso más prolongado de la prótesis (Información complementaria).

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

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Descargar referencias

El trabajo cuenta con el apoyo financiero del Ministerio de Educación Superior de Malasia a través del Programa de subvenciones de investigación fundamental (FRGS/1/2018/TK03/UM/02/9) y Universiti Malaya.

Departamento de Ingeniería Biomédica, Facultad de Ingeniería, Universiti Malaya, Kuala Lumpur, Malasia

Nik Abdul Muiz Nik Zainuddin, Nasrul Anuar Abd Razak y Noor Azuan Abu Osman

Departamento de Ingeniería Mecánica, Facultad de Ingeniería, Universiti Malaya, Kuala Lumpur, Malasia

Mohd Sayuti Ab Karim

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NAMNZ, NAAR, MSAK escribieron el texto principal del manuscrito y NAMNZ preparó las figs. 1, 2 y 3. NAAO realiza el análisis y verificación de datos. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Nasrul Anuar Abd Razak.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Zainuddin, NAMN, Razak, NAA, Karim, MSA et al. Análisis del perfil de la superficie del encaje protésico transfemoral laminado fabricado con diferentes proporciones de resina epoxi y resina acrílica. Informe científico 13, 2664 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-022-21990-y

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Recibido: 28 mayo 2022

Aceptado: 07 de octubre de 2022

Publicado: 15 febrero 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-21990-y

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