liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Local release of lithium from sol-gel coated orthopaedic screws: an in vitro and in vivo study
Linköping University, Department of Physics, Chemistry and Biology.
2009 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

 

In orthopaedic practice, fractures are usually stabilised with metal screws or rods. This is done in order to keep the fracture parts in place during the rather slow healing process. The healing time can potentially be reduced by local- or systemic treatment with different bone promoting drugs. In later years, lithium, otherwise used to treat bipolar disease, has shown promise to be such a drug.

 

The aim of this master thesis was to find a way to coat metal bone screws with lithium and to characterise the coating. The coating was to be designed in such a way that it could release lithium to the surrounding bone tissue.

 

Lithium chloride was incorporated into a titanate sol-gel and attached to silicon wafers and stainless steel screws by dip coating. Wafers were used for initial in vitro studies of how lithium changed coating characteristics. This was studied using ellipsometry, AFM and SEM. Lithium is most probably physisorbed and not incorporated into the network building up the sol-gel. Coating structure is changed as more lithium is incorporated. For large amounts of lithium, the nanoparticles normally formed when curing the sol-gel are inhibited. One effect of this is reduced bioactivity, seen as a reduced ability for calcium phosphate crystals to nucleate on the coating when immersed in simulated body fluid.

Lithium release was investigated using AAS. Lithium is released from the coating, showing a burst effect. By changing the number of coating layers used, the release profile can be partly altered. The coating was also applied to screws, showing good attachment, and the lithium release profile was similar to the one seen from wafers.

Finally, a screw model was used in rats to assess the effect of local lithium treatment from screws and systemic lithium treatment on fracture healing. In the model, a screw was inserted in tibia, mimicking a fracture. When the bone around the screw was healed, a pullout test was performed, giving information about the strength of the bone surrounding the screw. No significant difference could be found for either local- or systemic lithium treatment compared to control. However, when evaluating the strength of intact bone in a similar way, a positive effect of systemic lithium treatment could be seen. Therefore, it is still likely that lithium has a positive effect on bone and further studies are needed to fully evaluate its role in fracture healing.

 

Abstract [sv]

Vid behandling av benbrott stabiliseras vanligtvis frakturen internt med metallskruvar och

metallstavar. Detta görs för att hålla brottbitarna på plats under den relativt långsamma läkprocessen. Det är möjligt att minska tiden för frakturläkning genom att lokalt eller systemiskt behandla med olika läkemedel som främjar bentillväxt. På senare år har det presenterats bevis för att litium, som annars används som psykofarmaka, fungerar som ett sådant läkemedel.

 

Syftet med detta examensarbete var att hitta en metod för att fästa litium på benimplantat. Litium skulle fästas på ett sådant sätt att frisläppning till omgivande vävnad blev möjlig.

 

Litiumklorid inkorporerades i en titanat-solgel och lager av detta lades på kiselytor och rostfria skruvar genom s.k. ”dip-coating”. Kiselytorna användes för initiala in vitro-studier av hur litium ändrade beläggningens egenskaper. Litium sitter antagligen fast på ytan av det tredimensionella nätverk som utgör solgelen, istället för att sitta inbundet i nätverket. Lagerstrukturen ändras ju mer litium som inkorporeras och vid stora mängder skapas inte de nanopartiklar som vanligtvis finns i en solgel-baserad beläggning. En följd av detta är reducerad bioaktivitet för beläggningen, dvs. en minskad förmåga för kalciumfosfatkristaller att bildas på ytan. Litium frisläpps från beläggningen, dock sker denna frisläppning snabbt. Genom att belägga ytan med flera lager av solgel kan frisläppningskinetiken delvis ändras. Solgelen kunde också med god vidhäftning appliceras på skruvar och frisläppningskinetiken från en skruv är liknande den från en kiselyta.

Slutligen användes en skruvmodell i råtta för att undersöka vilken effekt lokal respektive systemisk litiumbehandling har på frakturläkning. I modellen efterliknas ett benbrott genom att en skruv sätts in i skenbenet.  När benvävnaden runt skruven har läkt görs ett utdragstest på skruven vilket ger information om benets styrka. Ingen signifikant skillnad i skruvens utdragskraft kunde ses mellan de båda försöksgrupperna och kontrollgruppen. Däremot hade gruppen som fick systemisk litiumbehandling fått starkare ben totalt, vilket indikerar att litium har effekt på intakt ben. På grund av dessa resultat finns det fortfarande skäl att tro att litium har en positiv påverkan på ben, varför dess effekt på frakturläkning bör undersökas ytterligare. 

Place, publisher, year, edition, pages
2009. , 53 p.
National Category
Other Industrial Biotechnology Medical Laboratory and Measurements Technologies Other Engineering and Technologies not elsewhere specified Manufacturing, Surface and Joining Technology Surgery
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-19440ISRN: LITH-IFM-A-EX--09/2203--SEOAI: oai:DiVA.org:liu-19440DiVA: diva2:224900
Presentation
Planck, Fysikhuset, Linköping (Swedish)
Uppsok
teknik
Supervisors
Examiners
Available from: 2009-06-23 Created: 2009-06-23 Last updated: 2009-06-23Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(18726 kB)621 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 18726 kBChecksum SHA-512
fa525cf75322a5ffba5c68891c0dacc0bad1664ba5ce65d132fb1e980ae8273265c99d2913d3778cbb92b7a5c768516309802852f01aa20ed5e9330879af1997
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Altgärde, Noomi
By organisation
Department of Physics, Chemistry and Biology
Other Industrial BiotechnologyMedical Laboratory and Measurements TechnologiesOther Engineering and Technologies not elsewhere specifiedManufacturing, Surface and Joining TechnologySurgery

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 621 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 502 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf