ساخت و بررسي خواص مكانيكي كامپوزيت هيدروكسي آپاتيت ذرات شيشه زيست فعال تهيه شده به روش سل - ژل

Synthesis and Evaluation of Mechanical Properties of Hydroxyapatite/ Sol-gel Derived Bioactive Glass Particles Composites

در اين تحقيق يك بيومتريال كامپوزيتي زمينه سراميكي با خواص مكانيكي مناسب و داراي قابليت تشكيل آپاتيت در سطح در محيط برون تني (In Vitro)، به وسيله ي تف جوشي مخلوط پودرهاي هيدروكسي آپاتيت (HA) و شيشه ي زيست فعال سل- ژل 4 جزئي SiO2-CaO-MgO-ZnO در دماي ºC 1100 توليد شد. هيدروكسي آپاتيت به روش هم رسوبي سنتز شد و بنا بر مطالعات TG/DTA دماي پايدارسازي شيشه ي زيست فعال ºC700 تعيين شد. استفاده از روش تعيين اندازه ي ذرات به وسيله ي ليزر (LPSA) براي مقايسه ي ابعاد پودرهاي سنتزشده نشان داد ابعاد ذرات پودرها داراي اختلاف اندازه ي مناسبي با هم هستند كه اين براي ساخت كامپوزيت هاي ذره اي مناسب است. زمينه ي كامپوزيت، هيدروكسي آپاتيت انتخاب شد و ذرات شيشه-ي زيست فعال با درصدهاي وزني 5، 10، 15، 20، 25 و 30 به آن افزوده شدند و سپس پودرهاي مخلوط شده تحت فشار MPa 80 فشرده شد. قرص هاي فشرده شده در دماي ºC 1100 تف جوشي شدند. از نمونه ها آزمون فشار تك محوري گرفته شد و نمونه-ي با بيشترين استحكام فشاري (نمونه ي حاوي 20 درصد وزني شيشه ي زيست فعال) به عنوان نمونه ي بهينه انتخاب شد. اين نمونه به مدت زمان هاي 3، 7 و 14 روز درون محلول شبيه سازي شده ي بدن (SBF) قرار گرفت. آزمون ICP براي بررسي رفتار رهايش يون كامپوزيت در SBF انجام شد. همچنين، به منظور شناسايي بهتر ساختار و خواص كامپوزيت، آزمون هايي براي شناسايي فازهاي موجود (XRD)، ريخت شناسي ميكروساختار (SEM) و تعيين گروه هاي عاملي موجود (FTIR) در نمونه نيز انجام شد. نتايج اين پژوهش حاكي از اين بود كه استحكام نمونه ي بهينه پس از قرارگيري در محلول SBF كاهش يافته است. دليل اين امر به وجود فاز بتا-تري كلسيم فسفات در ساختار كامپوزيت بازمي گردد زيرا اين فاز در محيط هاي بيولوژيك ناپايدار است. پس از قرارگيري نمونه ي بهينه در SBF غلظت يون ها خصوصاً منيزيم و سيليسيم دستخوش تغيير مي شوند كه افزايش غلظت اين دو يون مي تواند نشانه اي از زيست فعالي كامپوزيت در محيط درون تني (In Vivo) باشد.

In the present study, a bioceramic-based composite with remarkable mechanical properties and in vitro apatite forming ability was synthesized by sintering compacts made up of mixtures of hydroxyapatite (HA) and sol-gel derived bioactive glass (64SiO2-26CaO-5MgO-5ZnO) (based on mole %). HA was synthesized through co-precipitation method. The stabilization temperature of the bioactive glass was set to be 700 ºC according to simultaneous thermal analysis (STA). Laser Particle Size Analysis (LPSA) was used to compare the particle size distributions of the synthetic powders. HA matrix was mixed with different weight percentages of bioactive glass (5, 10, 15, 20, 25 and 30 wt. %) and compressed by 80 MPa pressure. After sintering the uniaxial compression test of the samples was done and the specimen with the highest compressive strength (20 wt. % bioactive glass) was selected to be immersed in the Simulated Body Fluid (SBF) for 3, 7 and 14 days. The results showed that the compressive strength of the sample decreased after keeping it in the SBF. Also, inductively coupled plasma analysis (ICP) was used to study the ion release behavior of the sample in the SBF. Finally, phase composition, microstructure and functional groups in the composite were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and Fourier transform infra-red spectroscopy (FTIR) techniques, respectively.