Bioaktywne szkło z układu CaO-P2O5-SiO2 jako składnik kompozytów dla zastosowań medycznych

• Autorzy: Kokoszka-Pawlik J. , Cholewa-Kowalska K. , Łączka M.

Warianty tytułu

EN

Bioactive glass from the cao-p2o5-sio2 system as a component of composites for medical applications

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem prezentowanej pracy było wytworzenie kompozytów o osnowie metalicznej (Ti) i ceramicznej (TiO2) modyfikowanych bioaktywnymi szkłami. Do badań zastosowano bioszkła otrzymywane na drodze syntezy zol-żel (BGZ) oznaczone symbolami A2 i S2 o składzie chemicznym A2 - 54CaO-40SiO2-6P2O5 (% mol.) oraz S2 - 16CaO-80SiO2-4P2O5 (% mol.). W pracy wytworzono kompozyty Ti modyfikowane 10% wag. oraz TiO2 z udziałem 25% wag. bioaktywnych szkieł pochodzenia żelowego (A2, S2). Stosując skaningową mikroskopię elektronową (SEM) oraz analizę rentgenograficzną (XRD) scharakteryzowano mikrostrukturę oraz skład fazowy otrzymanych kompozytów. Przeprowadzono badania ich parametrów mechanicznych (wytrzymałość na ściskanie). Bioaktywność materiałów oceniono na podstawie zmian morfologii powierzchni próbek po kontakcie przez 21 dni z płynem symulującym ludzkie osocze (SBF). Przeprowadzone badania wskazały, że dodatek bioaktywnych szkieł, zarówno do matrycy Ti jak i TiO2, spowodował otrzymanie materiałów o wytrzymałości na ściskanie odpowiadającej wartościom wytrzymałości części korowej kości ludzkiej. W przypadku kompozytów TiO2-BGZ otrzymano dodatkowo znaczące wzmocnienie materiałów i wytrzymałość na ściskanie wyższą niż materiał odniesienia TiO2. Oba wytworzone w pracy rodzaje kompozytów Ti-BGZ oraz TiO2-BGZ wykazywały właściwości bioaktywne.

EN

The aim of this study was to fabricate and evaluate both Ti- and TiO2-matrix composites modified with bioactive glasses. The glasses were produced by the sol-gel method (BGZ), named A2 and S2, and had the chemical composition of 54CaO-40SiO2-6P2O5 (mol. %) and 16CaO-80SiO2-4P2O5 (mol. %), respectively. Concentrations of added bioglasses were 10 wt% and 25 wt% for the Ti-BGZ and TiO2-BGZ composites, respectively. Scanning electron microscopy and X-ray diffraction were used to characterize the microstructure and phase composition of the obtained materials. The composites were also characterized for their mechanical properties, i.e. compressive strength. The bioactivity of composites was assessed by determining the changes of surface morphology of the composites after soaking in simulated body fluid (SBF) for 21 days. It was found that the addition of bioactive glasses into the Ti matrix results in compressive strength values comparable to cortical bone, and the incorporation of bioactive glasses to the TiO2 matrix leads to the strengthening of the materials which was adequate for bone implants. Both Ti-BGZ and TiO2-BGZ composites showed good bioactive properties.

Słowa kluczowe

PL

bioaktywne szkło; synteza zol-żel; TiO2; biokompozyt

EN

TiO2; bioactive glass; sol-gel synthesis; biocomposite

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 64, nr 2
• Strony: 203--208
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kokoszka-Pawlik J.

autor

Cholewa-Kowalska K.

autor

Łączka M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, KTSiPA, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• [1] Li P., Ohtsuki C., Kokubo T., Nakanishi K., Soga N., Nakamura T., Yamamuro T.: „Apatite formation induced by silica gel in a simulated body fl uid”, J. Am. Ceram. Soc., 75, (1992), 2094–2097.
• [2] Hench L.L.: „Sol-gel materials for bioceramics application”, Current Opinion in Solid State and Materials Science, 2, (5), (1997), 604-610.
• [3] Vallet – Regi M., Romero A.M., Ragel C.V., LeGeros R.Z.: „XRD, SEM-EDS, and FTIR studies of in vitro growth of an apatite-like layer on sol-gel glasses”, Journal of Biomedical Materials Research Part A, (44), (1999), 416- 421.
• [4] Wheeler D.L., Eschbach E.J., Hoellrich R.G., Montfort M.J., Chamberland D.L.: „Assessment of bioresorbable bioactive material for grafting of critical size cancellous defects”, Journal of Orthopaedic Research, 18, (1), (2000), 140-148.
• [5] Hamadouche M., Meunier A., Greenspan D.C., Blanchat C., Zhong J.P., LaTorre G.P., Sedel L.: „Long-term in vivo bioactivity and degradability of bulk sol-gel bioactive glasses”, J. Biomed. Mater. Res., 54, (4), 2001, 560-566.
• [6] Gil-Albarowa J., Garrido-Lahiguera R., Salinas A.J., Roman J., Bueno-Lozano A.L., Gil-Albarova R., Vallet-Regi M.: „The in vivo performance of a sol-gel glass and a glass-ceramic in the treatment of limited bone defects”, Biomaterials, 25, (19), 2004, 4639-4645.
• [7] Clupper D.C., Mecholsky J.J., LaTorre G.P., Greenspan D.C.: „Bioactivity of Bioglass-steel and Bioglass-titanium laminate composites”, J. Mater. Sci. Lett., 20, (10), (2001), 959- 960.
• [8] Bloyer D.R., Gomez-Vega J.M., Saiz E., McNaney J.M., Cannon R.M., Tomsia A.P.: „Fabrication and characterization of a bioactive glass coatings on titanium implant alloys”, Acta Materialia, 47, (15), (1999), 4221-4224.
• [9] Łączka M., Cholewa-Kowalska K., Dąbrowski J.R., Oksiuta Z.: „Gel-derived bioglass as a component of composites with metal alloys”, Engineering of Biomaterials, 6, (29), (2003), 20-23.
• [10] Roether J. A., Boccaccini A. R., Hench L. L., Maquet V., Gautier S., Jerome R.: „Development and in vitro characterisation of novel bioresorbable and bioactive composite materials based on polylactide foams and bioglass for tissue engineering applications”, Biomaterials, 23, (18), (2002), 3871–8.
• [11] Boccaccini A.R., Maquet V.: Bioresorbable and bioactive polymer/ Bioglass compostes with tailored pore structure for tissue engineering applications”, Composites Science and Technology, 63, (16), (2003), 2417-2429.
• [12] Pamuła E., Kokoszka J., Cholewa-Kowalska K., Łączka M., Kantor Ł., Niedzwiedzki Ł., Reilly G.C., Filipowska J., Madej W., Kołodziejczyk M., Tylko G., Osyczka A.M.: „Degradation, bioactivity and osteogenic potential of composites made of PLGA and two different sol-gel bioactive Glassem”, Annals of Biomedical Engineering, 39, (8), (2011), 2114-2129.
• [13] Bicalho L.A., Santos C., Souza R.C., Barboza M.R.J., Baptista C.A.R.P.: „Mechanical behaviour of ZrO2-Bioglass dental ceramic under cyclic fatigue loading”, Materials Science Forum, 636-637, (2010), 47-53.
• [14] Cholewa-Kowalska K., Kokoszka J., Łączka M., Niedźwiedzki Ł., Madej W., Osyczka A.M.: „Gel-derived bioglass as a compound of hydroxyapatite composites”, Biomedical Materials, 4, (5), 2009.
• [15] Palmguist A., Omar O.M., Esposito M., Lausmaa J., Thomsen P.: „Titanium oral implants: surface characteristics, interface biology and clinical outcome”, Journal of Royal Society, Interface, 7(5), (2010), S515-S527.
• [16] Guleryuz H., Cimenoglu H.: „Effect of thermal oxidation on corrosion and corrosion-wear behaviour of Ti-6Al-4V alloy”, Biomaterials, 25(16), (2004), 3325-3333.
• [17] Cui C., Liu H., Li Y., Sun J., Wang R., Liu S., Greer A.L.: „Fabrication and biocompatibility of Nano-TiO2/titanium alloys biomaterials”, Materials Letters, 59, (2005), 3144-3148.
• [18] Velten D., Biehl V., Aubertin F., Valeske B., Possart W., Breme J.: „Preparation of TiO2 layers on cp-Ti and Ti6Al4V by thermal and anodic oxidation and by sol-gel coating techniques and their characterization”, Journal of Biomedical Materials Research, 59(1), 2002, 18-28.
• [19] Łączka M., Cholewa-Kowalska K., Kulgawczyk K., Klisch M., Mozgawa W.: „Structural examinations of gel-derived materials of the CaO–P2O5–SiO2 system”, Journal of Molecular Structure, 511-512, (1999), 223-231.
• [20] Cholewa-Kowalska K., Łączka M.: Application of new precursors of CaO and P2O5 to obtain bioactive, gel-derived materials, The sixth conference and exhibition of the European Ceramic Society: 20–24 June 1999 Brighton.