Новый подход к определению радиологических параметров отвержденных цементных масс с угольной летучей золой – PMC

Вымывание ванкомицина, активность и влияние на механические свойства при добавлении в ортопедический костный цемент

Частота инфекций при тотальном эндопротезировании тазобедренного и коленного суставов (THA и TKA соответственно) составляет от 0.2% до 5% и приводит к примерно 100,000 21 отказов устройств в год в США. Лечение требует длительной системной антибактериальной терапии с дополнительными хирургическими ревизиями. В качестве профилактической меры против инфекции антибиотики могут быть включены в костный цемент во время THA и TKA, чтобы обеспечить введение лекарства в место имплантата. Антибиотики в костном цементе эффективны только в том случае, если они могут элюироваться из цемента в концентрации, активной против обычных организмов. Имеются данные о том, что добавление антибиотиков может повлиять на механические свойства цемента, особенно при более высоких дозировках. Цели этого исследования состояли в том, чтобы (i) определить механические свойства имеющегося в продаже костного цемента с добавлением ванкомицина, (ii) определить характеристики высвобождения ванкомицина, добавленного в костный цемент, и (iii) оценить эффективность элюированного ванкомицина при элиминации. некоторые из наиболее распространенных патогенов, вызывающих ортопедические имплантаты. Костный цемент Palacos пропитывали клинически значимыми весовыми процентными содержаниями ванкомицина с возрастающим увеличением. Ванкомицин является стандартом лечения инвазивных грамположительных инфекций, а цемент Palacos является одним из наиболее часто используемых костных цементов. После 0.5 дня отверждения в PBS добавленные массы ванкомицина, превышающие 40.0 г на 8 г пакета цемента, снизили предел текучести цемента при сжатии до уровня ниже стандарта ISO. Добавление ванкомицина снижало механические свойства костного цемента при сжатии в большей степени, чем при изгибе. Ванкомицин элюировался из Palacos с неуклонным увеличением элюируемого объема до 60 дней, после чего наблюдались нетерапевтические концентрации элюирования вплоть до 0.25-дневной конечной точки. Концентрация, элюированная из образцов с более чем 10 г ванкомицина на пакет Palacos, была достаточной для элиминации 3 10 колониеобразующих единиц на мл (КОЕ/мл) первоначального инокулята S. aureus, включая метициллин-резистентный S. aureus (MRSA). Однако ни одна из протестированных дозировок не была способна полностью очистить исходный инокулят с концентрацией 3 0.5 КОЕ/мл известного штамма S. epidermidis с высокой биопленкообразующей способностью. При использовании для профилактики инфекции во время THA и TKA результаты этого исследования не подтверждают добавление более 40 г ванкомицина к 0.5-граммовой упаковке цемента Palacos из-за снижения предела текучести при сжатии ниже стандартов ISO. Было показано, что дозы ванкомицина до 10 г элюируются из матрицы костного цемента и эффективны при лечении бактериальных инфекций 3 XNUMX КОЕ/мл бактериальных штаммов S. aureus, но могут иметь ограниченный эффект против штаммов с высоким образованием биопленки, включая S. эпидермис.

Читайте также:
Вот что означают все эти символы стирки

Copyright © 2018 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Похожие статьи

Галло Дж., Богданова К., Шиллер М., Швабова М., Лоштак Дж., Коларж М. Галло Дж. и др. Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2013;80(1):69-76. Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2013. PMID: 23452425 Чехия.

Слейн Дж., Гитман Б., Сквайр М. Слейн Дж. и др. J Ортоп Res. 2018 апр; 36 (4): 1078-1085. doi: 10.1002/jor.23722. Epub 2017, 20 сентября. J Orthop Res. 2018. PMID: 28876459

Ким С., Епископ А.Р., Сквайр М.В., Роуз В.Е., Плоэг Х.Л. Ким С и др. J Mech Behav Biomed Mater. 2020 март; 103:103588. doi: 10.1016/j.jmbbm.2019.103588. Epub 2019, 16 декабря. J Mech Behav Biomed Mater. 2020. PMID: 32090917

Winkler H. Winkler H. Int J Med Sci. 2009 4 сентября; 6 (5): 247-52. doi: 10.7150/ijms.6.247. Int J Med Sci. 2009. PMID: 19834590 Бесплатная статья PMC. Обзор.

Данбар МДж. Данбар МДж. Ортопедия. 2009 сентября 32 г. (9):orthosupersite.com/view.asp?rID=42849. дои: 10.3928/01477447-20090728-20. Ортопедия. 2009. PMID: 19751021 Обзор.

Цитируется

Li S, Wang S, Liu W, Zhang C, Song J. Li S, et al. J Ортоп перевод. 2022 12 октября; 36: 205-215. doi: 10.1016/j.jot.2022.07.011. eCollection 2022 Сентябрь J Orthop Translat. 2022. PMID: 36263385 Бесплатная статья PMC. Обзор.

Ding X, Yuan Y, Lu H, Wang Y, Ji K, Lv H, Xu H, Zhou J. Ding X и др. Ортоп Хирург. 2022 сен;14(9):2141-2149. doi: 10.1111/os.13412. Epub 2022, 5 августа. Orthop Surg. 2022. PMID: 35929648 Бесплатная статья PMC.

Биллингс С., Андерсон Д.Е. Биллингс С. и др. Биоинженерия (Базель). 2022 6 февраля; 9 (2): 65. doi: 10.3390/bioengineering9020065. Биоинженерия (Базель). 2022. PMID: 35200418 Бесплатная статья PMC. Обзор.

Wei J, Tong K, Zhou S, Wang H, Wen Y, Chen L. Wei J, et al. БМС микробиол. 2021 7 декабря; 21 (1): 333. doi: 10.1186/s12866-021-02399-5. БМС микробиол. 2021. PMID: 34876010 Бесплатная статья PMC.

Ван Л.Х., Фэн Ю.Д., Чжан XW, Цзинь Л., Чжоу Ф.Л., Сюй Г.Х. Ван Л.Х. и соавт. Ортоп Хирург. 2021 дек;13(8):2417-2422. doi: 10.1111/os.13139. Epub 2021 3 ноября. Orthop Surg. 2021. PMID: 34734478 Бесплатная статья PMC.

Читайте также:
Уличные горшки для цветов 35 фото идей что поставить, материал и цвет уличных горшков

НОВЫЙ ПОДХОД К ОПРЕДЕЛЕНИЮ РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗАВЕРШЕННЫХ ЦЕМЕНТНЫХ ТЕСТЕЙ С КОСМИЧЕСКИМИ ЗОЛАМИ

2 Департамент окружающей среды, радиоактивности окружающей среды и радиологического надзора (CIEMAT), Avenida Complutense 40, 28040 Мадрид, Испания; se.tameic@zeraus.aj (JAS-N.); se.tameic@ocsag.anilatac (CG)

Мария дель Мар Алонсо

1 Департамент материалов, Институт строительных наук Эдуардо Торроха (IETcc-CSIC), 28033 Мадрид, Испания; se.cisc.cctei@onerom.ana (AMMdlR); se.cisc.cctei@osnolamm (MdMA)

Каталина Гаско

2 Департамент окружающей среды, радиоактивности окружающей среды и радиологического надзора (CIEMAT), Avenida Complutense 40, 28040 Мадрид, Испания; se.tameic@zeraus.aj (JAS-N.); se.tameic@ocsag.anilatac (CG)

Изабель Собрадос

3 Департамент энергетики, окружающей среды и здоровья, Мадридский институт материаловедения (ICMM-CSIC), 28049 Мадрид, Испания; se.cisc.mmci@odarbosi

Франциска Пуэртас

1 Департамент материалов, Институт строительных наук Эдуардо Торроха (IETcc-CSIC), 28033 Мадрид, Испания; se.cisc.cctei@onerom.ana (AMMdlR); se.cisc.cctei@osnolamm (MdMA)

1 Департамент материалов, Институт строительных наук Эдуардо Торроха (IETcc-CSIC), 28033 Мадрид, Испания; se.cisc.cctei@onerom.ana (AMMdlR); se.cisc.cctei@osnolamm (MdMA)

2 Департамент окружающей среды, радиоактивности окружающей среды и радиологического надзора (CIEMAT), Avenida Complutense 40, 28040 Мадрид, Испания; se.tameic@zeraus.aj (JAS-N.); se.tameic@ocsag.anilatac (CG)

3 Департамент энергетики, окружающей среды и здоровья, Мадридский институт материаловедения (ICMM-CSIC), 28049 Мадрид, Испания; se.cisc.mmci@odarbosi

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Связанные данные

Данные, представленные в этом исследовании, и дополнительная информация доступны по запросу у соответствующего автора.

Абстрактные

Дополнительные вяжущие материалы (SCM) в промышленных отходах и побочных продуктах обычно используются для смягчения неблагоприятного воздействия на окружающую среду и снижения энергопотребления, связанного с производством обычного портландцемента (OPC). Многие такие SCM, такие как летучая зола угля (FA) типа F, являются природными радиоактивными материалами (NORM). Концентрация активности радионуклидов 226 Ra, 232 Th и 40 K, информация, необходимая для определения так называемого индекса концентрации активности гамма-излучения (ACI), обычно собирается из образцов измельченного цемента. Настоящее исследование направлено на проверку нового метода расчета ACI на основе измерений, сделанных на необработанных кубических образцах размером 5 см. Охарактеризованы механические, минералогические и радиологические характеристики 28-суточных паст ОПЦ + ФК (содержащие до 30 мас. % ФК) для определения их механических, минералогических и радиологических свойств. Концентрации активности, найденные для 226 Ra, 212 Pb, 232 Th и 40 K в закаленных неповрежденных кубических образцах размером 5 см, также были статистически равны теоретически рассчитанным значениям и для тех же материалов при измельчении в порошок. Эти выводы, следовательно, подтвердили правильность нового метода. Возможность определения концентраций активности, необходимых для установления ACI для материалов на основе цемента на неизмельченных образцах, открывает новую область радиологических исследований реального цемента, строительных растворов и бетонных материалов.

Читайте также:
Что такое лак? Определение, виды лаков и классификация

1. Введение

Бетон, основным компонентом или связующим веществом которого является портландцемент, является наиболее широко используемым строительным материалом в мире. Такое широкое использование требует производства и потребления огромного количества портландцемента. Ожидается, что мировое производство, которое в 4200 году составило 2019 млн тонн [1], к 6000 году достигнет 2050 млн тонн [2,3]. Производство портландцемента связано с рядом неблагоприятных последствий, в том числе высоким потреблением энергии (в основном тепловой и электрической), добычей и использованием больших объемов природных ресурсов, таких как известняк, глина, песок и ископаемое топливо, а также выбросом огромного количества парниковые газы, CO2 среди них. По оценкам, на производство цемента приходится около 8% общего антропогенного выброса CO.2 выбрасываются в атмосферу [4,5,6,7,8].

Такие неблагоприятные последствия привели к изучению и использованию промышленных отходов и побочных продуктов самых разных отраслей промышленности для производства цемента и бетона. Цели такой практики включают достижение целей устойчивого развития, изложенных в Повестке дня ООН на период до 2030 г., и реализацию руководящих принципов того, что известно в ЕС как экономика замкнутого цикла [9,10], т. е. содействие более устойчивому строительству [4,8,9,11,12,13,14,15,16, 10]. Некоторые промышленные отходы и побочные продукты, пригодные для производства цемента и бетона, относятся к семейству так называемых НОРМ (естественно встречающихся радиоактивных материалов). Поскольку эти материалы характеризуются значительным содержанием естественных радионуклидов, нельзя не учитывать избыточную дозу гамма-активности, выделяемую при их использовании в гражданском и строительном строительстве [XNUMX]. Другими словами, включение НОРМов в цемент и бетон не должно создавать дополнительных проблем для окружающей среды или здоровья населения.

Внешнее гамма-излучение, выделяемое строительными материалами и воздействующее на население в целом, должно оцениваться в соответствии с Европейской директивой 2013/59/EURATOM [17]. Статья 75, пункт 2 директивы определяет инструмент скрининга, известный как индекс концентрации активности (ACI) для гамма-излучения, испускаемого строительными материалами [4,18]. Он также предусматривает, что для обеспечения радиологического безопасного использования эти материалы не должны превышать эффективную дозу 1 мЗв год-1 [19] над естественным фоном, который в Европе оценивается в 50 нГр час-1. ACI рассчитывается по уравнению (1):

Читайте также:
Стандартные размеры обеденного стола

где C 226 Ra , C 232 Th и C 40 K – соответственно концентрации активности 226 Ra, 232 Th и 40 K в строительном материале.

Концентрации активности 226 Ra, 232 Th и 40 K в строительных материалах, с промышленными отходами/побочными продуктами или без них, безводных или гидратированных, обычно определяют с помощью гамма-спектрометрии на порошкообразном образце анализируемого материала [4,20]. ,XNUMX].

Новый метод, разработанный авторами этой статьи, определяет концентрацию активности этих радионуклидов с большой точностью и вычисляет ACI на неповрежденных (= неизмельченных) образцах затвердевшего портландцементного теста [21]. Эту новую процедуру можно кратко описать следующим образом: образцы портландцемента объемом 5 куб. см (тип I, т.е. без добавок) были приготовлены и им дали затвердеть. Соответствующая кривая энергоэффективности была рассчитана (в этом исследовании с помощью программного обеспечения для моделирования LabSOCS) и проверена на неповрежденных кубических образцах размером 5 см с использованием различных излучателей гамма-излучения в диапазоне от 46.5 кэВ (210 Pb) до 1460 кэВ (40 K). Полученные гамма-коктейли затем равномерно смешивали с водой и цементом. Гамма-спектрометрический анализ проводили на компактных твердых образцах через 48 ч и 64 сут после приготовления смесей. Образцы измерялись на разной высоте с помощью (в вышеупомянутом исследовании, характеризованного LabSOCS) детектора из германия высокой чистоты (HPGe). Согласно результатам: (i) экспериментально проверенная активность, обнаруженная для шести сторон закаленных кубических образцов (с использованием эффективности, рассчитанной с помощью LabSOCS), была статистически сопоставима; (ii) изменение эффективности с квадратичной высотой образца удовлетворительно скорректировало ослабление гамма-квантов, вызванное фотоэлектрическим и комптоновским эффектами в исследованном диапазоне энергий (от 46.54 кэВ до 1460 кэВ), а также изменения телесного угла детектора; (iii) поскольку активность, обнаруженная на шести сторонах интактных образцов, была статистически неразличима, и такую ​​активность можно было определить, измеряя только одну сторону; (iv) точность и воспроизводимость предложенной геометрии соответствовали стандартным критериям приемлемости, применяемым в лабораториях радиоактивности окружающей среды; и (v) не было обнаружено существенных различий между 48-часовой и 64-дневной активностью пасты в интактных образцах.

Поскольку этот новый метод предназначен для применения к реальным образцам (которые не содержат добавленных гамма-коктейлей), его необходимо подтвердить путем измерения концентрации активности радионуклидов в отходах НОРМ. В отличие от кубических образцов в более раннем исследовании, радионуклиды являются частью структуры таких отходов и поэтому должны быть исследованы, чтобы увидеть, влияют ли на их определение реакции гидратации. Отходами NORM, выбранными в этом случае, была летучая зола типа F (FA), минеральная добавка или дополнительный вяжущий материал (SCM), обычно используемый в производстве цемента и бетона [10].

Читайте также:
Применение и технология укладки тротуарной плитки квадратной

Летучая зола, промышленный побочный продукт угольных тепловых электростанций, используемый в качестве минеральной добавки, характеризуется высокой активностью природных радионуклидов [10]. Естественная радиоактивность, присутствующая в ТВС, зависит от геологического происхождения используемого угля и размера частиц золы [22,23,24, 232, 238]. Геологические исследования США показывают, что уголь, содержащий фосфатные минералы, такие как монацит или апатит, имеет высокие концентрации радиоактивного 25 Th, тогда как уголь, содержащий как органическое вещество, так и минеральные фракции, имеет высокое содержание радиоактивного ряда 1.2 U [1.3]. Когда летучая зола смешивается с портландцементом, индекс концентрации активности (ACI) в полученных смесях OPC + FA повышается из-за повышенного присутствия радионуклидов, излучающих гамма-излучение, используемых для расчета индекса. Теоретические значения ACI на основе летучей золы сульфата алюминия или кальция находятся в диапазоне от 10,11,20,21,24,26,27 до 0.2 [0.3], по сравнению со значениями чистого портландцемента от 25,28,29,30,31 до XNUMX [XNUMX, XNUMX].

Как уже отмечалось, в предыдущем исследовании точные концентрации компонентов гамма-коктейля, используемых для приготовления цементных паст, определялись отдельно, а не внутри самой матрицы. Данное исследование направлено на проверку технологической обоснованности нового метода с использованием реальных строительных материалов (ОПЦ + ФА), в которых радионуклиды входят в состав матрицы, так как они присутствуют в исходном портландцементе и золе-уносе типа Ф. Цель состоит в том, чтобы валидировать новый метод измерения концентрации активности радионуклидов и определить ИКИ на неповрежденном портландцементном тесте с переменным содержанием летучей золы типа F. Методика заключалась в приготовлении образцов паст OPC размером 5 × 5 × 5 см 3 , содержащих ТВС, при соотношениях замены от 0 до 30 мас. % и последующем определении их минералогического состава и микроструктуры, а также 40 K, 226 Ra и 212 Pb ( 232 Th) концентрации активности в материалах. Все анализы проводились на 28-дневных образцах или пробах грунта, поскольку предыдущее исследование показало, что, хотя зарегистрированные значения концентрации радионуклидов не зависят от времени гидратации и/или затвердевания, показания целесообразно проводить после того, как пройдет большинство химических реакций гидратации. их курс.

Частичные цели, поставленные в исследовании, включают:

Читайте также:
7 бесшумных вентиляторов для ванных комнат со светом — HVAC-BUZZ

Определение концентрации радионуклидной активности и АКИ как в безводных компонентах, так и в интактных 28-суточных пастах

Характеристика и химическая активность портландцемента и двух экспериментальных цементов, потенциально пригодных для использования в стоматологии.

Цель: Оценить химическую активность портландцемента и двух других типов цемента с химическим составом, близким к минеральному триоксидному заполнителю, с целью разработки этих цементов для дальнейшего применения в стоматологии.

Методология: Химический состав трех типов цемента, а именно портландцемента, кальцийсульфоалюминатного цемента и кальцийфтороалюминатного цемента, был оценен с помощью элементного анализа с использованием энергодисперсионного анализа с рентгеновским излучением под сканирующим электронным микроскопом и с помощью рентгеноструктурного анализа (XRD). ) для определения фаз. Состав побочных продуктов реакции гидратации оценивали рентгеноструктурным анализом затвердевшего цемента через 1, 7, 28 и 56 дней и анализом фильтрата с помощью ионной хроматографии. pH цемента и фильтрата определяли через разные промежутки времени. Цементы, смешанные с микрокремнеземом, также были протестированы для определения влияния микрокремнезема на побочные продукты реакции.

Результаты: Все три типа цемента состояли из трехкальциевого силиката в качестве основной составляющей фазы. В результате реакции гидратации портландцемента образуется гидроксид кальция. Однако этого не было в других протестированных цементах всех возрастов. Добавленный микрокремнезем мало или вообще не влиял на цементы в отношении побочных продуктов реакции. pH всех испытанных цементов был щелочным.

Выводы: Реакция гидратации экспериментального сульфоалюминатного цемента и фторалюминатного цемента отличалась от реакции гидратации портландцемента, несмотря на то, что силикат кальция был основным составляющим элементом обоих типов цемента. Гидроксид кальция в качестве побочного продукта гидратации цемента не образовывался. Добавление микрокремнезема в цемент не влияло на реакцию гидратации.

Похожие статьи

Камиллери Дж. Камиллери Дж. Дент Матер. 2011 авг; 27 (8): 836-44. doi: 10.1016/j.dental.2011.04.010. Epub 2011 19 мая. Dent Mater. 2011. PMID: 21600643

Камильери Дж., Соррентино Ф., Дамидот Д. Камильери Дж. и др. Дент Матер. 2013 май; 29(5):580-93. doi: 10.1016/j.dental.2013.03.007. Epub 2013 26 марта. Dent Mater. 2013. PMID: 23537569

Формоза Л.М., Маллия Б., Булл Т., Камиллери Дж. Формоза Л.М. и др. Дент Матер. 2012 май; 28(5):584-95. doi: 10.1016/j.dental.2012.02.006. Epub 2012 11 марта. Dent Mater. 2012. PMID: 22410112

Читайте также:
Выращивание салата в помещении для успеха салата

Ши С., Фернандес-Хименес А. Ши С. и др. Джей Хазард Матер. 2006 11 октября; 137 (3): 1656-63. doi: 10.1016/j.jhazmat.2006.05.008. Epub 2006 7 мая. J Hazard Mater. 2006. PMID: 16787699 Обзор.

Chen QY, Tyrer M, Hills CD, Yang XM, Carey P. Chen QY и др. Управление отходами. 2009 Январь; 29 (1): 390-403. doi: 10.1016/j.wasman.2008.01.019. Epub 2008 25 марта. Управление отходами. 2009. PMID: 18367391 Обзор.

Цитируется

Гупта Р., Патель А., Нихаде П.П., Чандак М., Ихар А. Гупта Р. и др. Куреус. 2022, 28 сентября; 14(9):e29681. doi: 10.7759/cureus.29681. eCollection 2022 Сентябрь Куреус. 2022. PMID: 36320983 Бесплатная статья PMC.

Абу Хасна А., де Паула Рамос Л., Кампос ТМБ, де Кастро Лопес СЛП, Рачи М.А., де Оливейра Л.Д., Карвалью КАТ. Абу Хасна А. и др. Научный представитель 2022 г., 19 августа; 12 (1): 14123. doi: 10.1038/s41598-022-17854-0. Научный представитель 2022. PMID: 35986029 Бесплатная статья PMC.

Шахи С., Фахри Э., Явари Х., Малеки Дизай С., Салатин С., Хезри К. Шахи С. и др. Биомед Рез Инт. 2022 6 января; 2022:3314912. дои: 10.1155/2022/3314912. eCollection 2022. Biomed Res Int. 2022. PMID: 35036431 Бесплатная статья PMC. Обзор.

Хион-Гуэрра Б., Перес-Ланса П., Альминьяна-Пастор П., Мико-Мартинес П., Альписте-Ильуэка Ф.М., Лопес-Ролдан А. Хион-Гуэрра Б. и др. J Clin Exp Dent. 2021 1 января; 13 (1): e95-e98. doi: 10.4317/jced.57410. eCollection 2021 Январь J Clin Exp Dent. 2021. PMID: 33425238 Бесплатная статья PMC.

Моротоми Т., Васио А., Китамура С. Моротоми Т. и др. Jpn Dent Sci Rev. 2019 Nov; 55(1):5-11. doi: 10.1016/j.jdsr.2018.09.001. Epub 2018 Sep 29. Jpn Dent Sci Rev. 2019. PMID: 30733839 Бесплатная статья PMC. Обзор.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: