The influence of titanium on physicochemical properties of Ti-modified hydroxyapatite materials

• Autorzy: Ślósarczyk A. , Zima A. , Paszkiewicz Z. , Szczepaniak J. , Aza A. H. , Chróścicka A.

Warianty tytułu

PL

Wpływ tytanu na właściwości fizykochemiczne materiałów hydroksyapatytowych modyfikowanych tytanem

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W celu poprawy parametrów fizykochemicznych oraz biologicznych implantów hydroksyapatytowych stosuje się modyfikacje tego związku na drodze wprowadzania do jego struktury różnorakich jonów. W niniejszych badaniach przedstawiony został wpływ dodatków tytanu na spiekalność, skład fazowy, mikrostrukturę, wytrzymałość na zginanie oraz stabilność chemiczną ceramiki hydroksyapatytowej modyfikowanej tytanem. Proszki hydroksyapatytowe o różnej zawartości Ti (0,5, 1,0 and 2,0 % mas.) zsyntetyzowane zostały przy pomocy metody mokrej. Substratami w trakcie syntezy były następujące związki chemiczne: CaO, H3PO4 oraz TiCl3. Modyfikacja struktury hydroksyapatytu poprzez wprowadzenie jonów tytanowych stała się przyczyną dekompozycji temperaturowej związku. Podczas ogrzewania oprócz HA pojawiły się nowe fazy: perowskit (CaTiO3) oraz αTCP. Dodatek tytanu spowodował obniżenie spiekalności oraz wytrzymałości mechanicznej ceramiki Ti-HA. Otrzymane materiały charakteryzowały się stabilnością chemiczną (wartości pH mierzone podczas inkubacji próbek w SBF były zbliżone do pH fizjologicznego - podczas 90 dni inkubacji zmiana pH nastąpiła jedynie w wąskim zakresie 7,48 – 7,70). Przewodnictwo jonowe ekstraktów wodnych utrzymywało się na niskim poziomie (5 – 45 µS) i rosło wraz ze wzrostem ilości wprowadzonego tytanu. Potwierdzono potencjał bioaktywny ceramiki HA modyfikowanej tytanem.

EN

The current and very popular approach to improving physicochemical and biological properties of hydroxyapatite implants is to incorporate some ions to HA structure. In this study we report the influence of titanium additives on sinterability, phase composition, microstructure, flexural strength and chemical stability of Ti-modified hydroxyapatite ceramics. Hydroxyapatite powders doped with various concentrations of Ti (0.5, 1.0 and 2.0 wt%) were produced by a wet method. In such a synthesis CaO, H3PO4 and TiCl3 were applied as reactants. The modification of HA structure by incorporation of titanium caused thermal decomposition of hydroxyapatite. During heat treatment perovskite (CaTiO3) and αTCP as the secondary phases were formed. Titanium additives decreased sinterability and flexural strength of Ti-HA ceramics. The obtained materials were chemically stable (pH values measured in SBF were close to the physiological value - during the 90 days of incubation changed in the narrow range from 7.48 to 7.70). Ionic conductivity of aqueous extracts was low (5-45 µS) and increased with the amount of titanium additive. The bioactive potential of Ti modified HA-ceramics was confirmed.

Słowa kluczowe

PL

hydroksyapatyt modyfikowany tytanem; właściwości fizykochemiczne; hodowla komórkowa

EN

titanium modified hydroxyapatite; physicochemical properties; cell culture

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 62, nr 3
• Strony: 369--375
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Ślósarczyk A.

autor

Zima A.

autor

Paszkiewicz Z.

autor

Szczepaniak J.

autor

Aza A. H.

autor

Chróścicka A.

• AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland,

Bibliografia

• 1. Błażewicz S., Stoch L.: Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000, Biomateriały, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa, (2003).
• 2. Marciniak J.: Biomateriały, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice, (2002).
• 3. Manjubala I., Sampath Kumar T.S.: „Effect of TiO2–Ag2O additives on the formation of calcium phosphate based functionally graded bioceramics”, Biomaterials, 21, (2000), 1995-2002.
• 4. Ergun C.: „Effect of Ti ion substitution on the structure of hydroxyapatite”, J. Eur. Ceram. Soc., 28, (2008), 2137-2149.
• 5. Szymański A.: Biomineralizacja i biomateriały, PWN, Warszawa, (1991).
• 6. De Aza P. N., De Aza A. H., De Aza S.: „Crystaline bioceramic materials”, Bol. Soc. Esp. Ceram., 44, (2005), 135-145.
• 7. Legeros R., Kijkowska R., Bautista C., Legeros J.: “Synergistic effect of magnesium and carbonate on properties of biological and synthetic apatites”, Conn. Tissue Res., 31, (1995), 1-7.
• 8. Ruys A.J.: „A feasibility study o silicon doping of hydroxyapatite”, Interceram, 42, (1993), 372-374.
• 9. Kim S.R., Lee J.H., Kim Y.T., Riu D.H., Jung S.R., Lee Y.J., Chung S.C., Kim Y.H.: „Synthesis of Si, Mg substituted hydroxyapatites and their sintering behaviors”, Biomaterials, 24, (2003), 1389-1398.
• 10. Kalita S.J., Bose S., Hosick H.L., Bandyopadhyay A.: „CaO–P2O5–Na2O based sintering additives for hydroxyapatite (HA) ceramics”, Biomaterials, 25, (2004), 2331–2339.
• 11. Webster T.J, Massa-Schlueter E., Smith J., Slamovich E.: „Osteoblast response to hydroxyapatite doped with divalent and trivalent cations”, Biomaterials, 25, (2004), 2111-2121.
• 12. Selley Z., Bandyopadhyay A., Bose S.: „Influence of TiO2 and Ag2O addition on tricalcium phosphate ceramic”, J. Biomed. Mater. Res. A, (2007), 113-121.
• 13. Anmin H., Ming L., Chengkang C., Dali M.: „Preparation and characterization of a titanium-substituted hydroxyapatite photocatalyst”, J. Mol. Catal. A, 267, (2007), 79-85.
• 14. Wakamura M., Hashimoto K., Watanabe T.: „Photocatalysis by calcium hydroxyapatite modified with Ti(IV): albumin decomposition and bactericidal effect”, Langmuir, 19, (2003), 3428-3431.
• 15. Ribeiro C. C., Gibson I., Barbosa M. A.: „The uptake of titanium ions by hydroxyapatite particles - structural changes and possible mechanisms”, Biomaterials, 27, (2006), 1749-1761.