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

Jul 28, 2023

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 artículo tiene como objetivo determinar la mejor combinación de proporción de resina epoxi y acrílica para un encaje de prótesis laminado y evaluar el análisis del perfil de superficie de diferentes combinaciones de encajes protésicos laminados para determinar la rugosidad de la superficie. Los encajes transfemorales se crearon utilizando 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 utilizaron ocho capas de jersey que consistían en cuatro jerseys elásticos y cuatro jerseys de perlón. Se cortó una muestra con un tamaño de 4 cm × 6 cm del alvéolo en el lado lateral debajo del área del trocánter mayor. El lápiz óptico Mitutoyo Sj-210 Surface Tester se pasó por la muestra y proporcionó el valor de rugosidad promedio de la superficie (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 proporciones de 3:2, 3:1, 2:1 y 2:3 respectivamente. Sin embargo, para la resina epoxi con una proporción de 1:3, la resina no cura con el endurecedor. En cuanto a la resina acrílica los valores Ra son 1,0086 µm, 2,362 µm, 3,372 µm, 4,762 µm y 6,074 µm con proporciones 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.

Las prótesis son miembros artificiales fabricados como reemplazo de una extremidad faltante1,2. El objetivo de las prótesis es restablecer las actividades normales de la vida diaria del usuario3,4. Diferentes técnicas de fabricación disponibles para fabricar estos dispositivos, como termoformado y laminación5. Cuando el termoformado ablanda una lámina de plástico y la coloca sobre un molde positivo, donde la laminación usa 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 a partir de compuestos laminados son más fuertes que los encajes termoplásticos de copolímeros9,10,11. La cantidad de vacío generado durante la construcción, el grado de impregnación (saturación de resina en el material de refuerzo), el tipo de resina, la cantidad de resina y el tipo de fibra de refuerzo 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 por deslizamiento recíproco sobre la superficie de la piel tendería a alterar la eficacia de la función de barrera del estrato córneo e induciría un traumatismo cutáneo13,14. 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 utilizado correa o suspensión de succión (CSS)17. Para un paciente transfemoral con suspensión de 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 un 33% más de resistencia a la tracción transversal y un módulo equivalente. Tenía una resistencia y un módulo de flexión longitudinal comparables. Tenía un módulo y una resistencia a la flexión transversal ligeramente más bajos. Mostró tenacidad a la fractura y resistencia a la delaminación superiores. Las micrografías revelaron ductilidad microestructural en acrílico y mecanismos de fractura frágiles en epoxi. El acrílico tuvo un pico tan delta más alto que el epoxi19,20.

Sin embargo, la diferencia en la rugosidad de la superficie de la resina epoxi y acrílica no se menciona en ningún estudio. Por lo tanto, el estudio tiene como objetivo 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, Malasia). La bolsa de alcohol polivinílico (PVA) se fabricó con láminas de PVA de Ottobock (616F4). El jersey utilizado también se obtuvo de Ottobock, que es un estokinette de Perlon Elastic, blanco (623T5 = 15) (Ottobock, Inc., Duderstadt, Alemania) con un ancho de 15 cm. La media elástica fue proporcionada por el Centro de Ingeniería Prótesis y Ortesis (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 Ortopédica y Protésica (CPOE) en un modelo negativo. Luego, el modelo negativo se rellenó con una suspensión de yeso de París (POP) obtenida mezclando polvo de POP y agua. A medida que la suspensión de POP se endureció, se eliminó el modelo negativo y el modelo positivo se modificó y alisó.

La técnica de laminación comienza preparando 2 bolsas de alcohol polivinílico (PVA) según el tamaño del modelo positivo. Se colocó una capa de 8 capas de materiales de refuerzo entre la bolsa de PVA que consta de 4 estufas de perlón y 4 estufas elásticas. Se preparó una mezcla de resina y endurecedor de 600 a 610 g en una taza con diferentes proporciones de combinación, como se muestra en la Tabla 1.

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

Las superficies laminadas de los alvéolos transfemorales muestran recortes de aproximadamente 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 un lápiz con punta de diamante. El lápiz 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 pruebas.

Recortes de muestras.

El análisis topográfico se realizó 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). Se eligieron como parámetros de rugosidad la rugosidad cuadrática media (Rq) y la rugosidad media de diez puntos (Rz). Ra se obtiene midiendo la desviación media de los picos de la línea central de la traza, estableciéndose 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 de la superficie. Hay poca diferencia entre los valores del promedio de la línea central (CLA) y la raíz cuadrática media (RMS) para una superficie determinada. Es el promedio de las alturas de un solo pico 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 pruebas 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 desde el segmento anterodistal y terminan en el segmento anteroproximal.

Secuencias de ensayos de superficie.

Por último, para obtener los datos de comparación, se realizaron medias de los veinte ensayos para los tres parámetros de rugosidad de la superficie 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. El tiempo necesario para una parte de resina epoxi y tres partes de endurecedor no se registra ya que la mezcla no cura. El tiempo que tarda la resina acrílica en curarse 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 y 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. endurecedor de 1:3 y el mismo caso también sucedió con la proporción de 2:3 donde el alvéolo tarda un día en curar y el composite queda blando. Por lo tanto, es necesario evitar estas proporciones. El tiempo de curado de la resina acrílica muestra un patrón más claro ya que el tiempo que tarda el composite 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 una cantidad intermedia de endurecedor tiene una temperatura de inicio diferente en comparación con una 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 una relación 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 de las pruebas de superficie ya que el compuesto no se curó y terminó en estado líquido. Esto se debe a que la cantidad de moléculas de epóxido que reaccionan completamente con las moléculas de endurecedor dejan libre la molécula de endurecedor adicional23,27. El encaje fabricado con una proporción de resina a endurecedor de 2:3 tiene los valores Ra, Rq y Rz más altos en comparación con otros encajes de epoxi porque el encaje es suave y produce arrugas visibles como en la Fig. 6, que son invisibles en otros encajes. Los grupos epoxi son propensos a reaccionar con aminas primarias con un aumento de la cantidad de endurecedor. Esto aumenta la cantidad de tiempo que tarda la mezcla en curarse 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 se anule y permita que las burbujas de aire se succionen. El epoxi con un gran exceso de endurecedor tiene una red epoxi más suelta23,24.

Superficie interna del casquillo TF con relación de resina epoxi a endurecedor de 2:3.

En cuanto a la resina acrílica, la suavidad 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 composite curaba lentamente, se permitió que la mezcla de resina y endurecedor fluyera más libremente creando menos huecos en comparación con otras proporciones que tienen un tiempo de curado más rápido. La superficie más lisa se obtuvo con una proporción de resina a endurecedor de 100:1, con un valor Ra de 1,0086 µm como se indica en la Fig. 5. Como se analizó, la proporción de 100:1 tarda más tiempo en curarse, 167 min, por lo que Se espera que produzca la superficie más suave. La relación de resina a endurecedor de 100:2 redujo significativamente el tiempo de curado a solo 43 minutos, lo que también duplicó el valor Ra a 2,3622 µm en comparación con la relación 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 del iniciador están asociados con un pequeño número de radicales libres perturbadores de los monómeros y, por lo tanto, también son responsables de una propagación basada en un menor número de cadenas en crecimiento con mayor longitud25,26. En muestras con alto contenido de iniciador, por el contrario, la propagación se basa en el crecimiento competitivo de muchas cadenas cortas que se forman debido al mayor número de radicales libres disponibles. En consecuencia, el contenido de polímero aumenta y puede promover el llamado efecto gel25,28. Esto sugiere inestabilidad en la proporción 100:3, pero la mezcla se vuelve más estable con una cantidad baja y alta de endurecedor.

La forma en que se comportan las superficies de contacto relacionadas 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 interactúa la piel 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 al caminar de los pacientes tendrá un impacto variado en la fricción31.

La prueba unidireccional de ANOVA en la Tabla 3 reveló que entre los datos de resina epoxi no se rechaza la hipótesis nula de igualdad de medias para todas las proporciones con valor p = 1,00 pero sí se rechaza la hipótesis nula de igualdad de medias entre la resina epoxi y la acrílica. . El encaje hecho de resina epoxi indica el rechazo de la hipótesis nula de igualdad de medias con respecto al encaje hecho de resina acrílica con una proporción de 100:1 ya que el valor p = 1. Esto también se aplica a la resina acrílica con una proporción de 100:2, especialmente con el epoxi. Resina con ratio 2:3. Mientras tanto, las proporciones de resina acrílica de 100:3 a 100:5 muestran una gran importancia ya que se calcula que el valor p es inferior a 0,001. Entre los alvéolos de resina acrílica, algunas proporciones son estadísticamente similares entre sí, 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 proporciona la superficie más lisa; sin embargo, la proporción de resina epoxi indicada es de 2:1 pero no proporciona la superficie más lisa. La diferencia entre 2:1 y 3:2 no es tan significativa con solo 0,218 µm, por lo que la diferencia de otras propiedades mecánicas determinará la mejor proporción a utilizar en la fabricación de un encaje laminado. Una superficie más suave 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 del suplemento).

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud 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 para 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 los higos. 1, 2 y 3. La NAAO realiza el análisis y la 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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Zainuddin, NAMN, Razak, NAA, Karim, MSA et al. Análisis del perfil de superficie de un 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 de mayo de 2022

Aceptado: 07 de octubre de 2022

Publicado: 15 de febrero de 2023

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

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