Wpływ procesu kierowanej krystalizacji na bioaktywność szkieł krzemianowo-fosforanowych z układu NaCaPO4-SiO2

• Autorzy: Wajda A. , Bułat K. , Sitarz M.

Warianty tytułu

EN

Influence of the direct crystallization process on bioactivity of silicate-phosphate glasses from the NaCaPO4-SiO2 system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Szkła krzemianowo-fosforanowe z układu NaCaPO4-SiO2 są znanymi materiałami bioaktywnymi, które mają zdolność do bezpośredniego łączenia się z tkankami żywymi. Jednakże ich kruchość ogranicza zakres zastosowania wykonanych z nich implantów. Jednym ze sposobów poprawy własności wytrzymałościowych szkieł jest wprowadzenie do składu odpowiednich dodatków (np. Al3+), kolejnym zaś - przeprowadzenie ich częściowej krystalizacji, która pozwala otrzymać materiały szkło-krystaliczne. Proces ten jednak wymaga możliwie najlepszej kontroli, ponieważ pojawienie się i rozrost faz krystalicznych może powodować utratę bioaktywności. Przedmiotem badań w pracy były szkła krzemianowo-fosforanowe z układów: NaCaPO4-SiO2 i NaCaPO4-SiO2-AlPO4. Na podstawie pomiarów termicznych (DTA) wybranych szkieł dobrano parametry procesu kierowanej krystalizacji. Otrzymane materiały szkło-krystaliczne poddano badaniom strukturalnym (XRD). Natomiast w celu sprawdzenia ich bioaktywności wykonano testy in vitro w sztucznym osoczu, a następnie przeprowadzono obserwacje na elektronowym mikroskopie skaningowym (SEM +EDX) oraz badania ramanowskie. Uzyskane rezultaty pozwalają twierdzić, że odpowiednio kontrolowana dewitryfikacja badanych bioszkieł umożliwia uzyskanie bioaktywnych materiałów szkło-krystalicznych.

EN

Silicate-phosphate glasses from the NaCaPO4-SiO2 system are well-known bioactive materials, which are capable of forming direct bonds with living tissue. However, their brittleness limits the use of implants made of them. One of the ways to improve the mechanical properties of the glasses is to introduce proper additives (e.g. AI3+) to their chemical composition. Another one is to carry out their partial crystallization that allows obtaining glass-crystalline materials. This process needs to be highly controlled because the appearance and growth of the crystalline phase may result in loss of the bioactivity. The subject of this paper concerns silicate-phosphate glasses from the NaCaPO4-SiO2 and NaCaPO4-SiO2-AlPO4 systems. Parameters of the direct crystallization process were adjusted on the basis of thermal analysis measurements (DTA) performed on selected glasses. The XRD method was used to study the structure of obtained glass-crystalline materials. In order to verify their bioactivity, the in vitro tests were done in simulated body fluid and the samples were analyzed on a scanning electron microscope (SEM+EDX) and Raman spectroscopy. The obtained results suggest that the properly controlled devitrification of the tested bioglasses may lead to the production of bioactive glass-crystalline materials.

Słowa kluczowe

PL

szkła krzemianowo-fosforanowe; kierowana krystalizacja; bioaktywność; materiały szkło-krystaliczne

EN

silicate-phosphate glass; direct crystallization; bioactivity; glass-crystalline material

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 67, nr 2
• Strony: 127--131
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Wajda A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Bułat K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Sitarz M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Hench, L. L., Splinter, R. J., Greenlee, T. K., Allen, W. C.: Bonding mechanisms at the interface of ceramic prosthetic materials, J. Biomed. Res. Symp., 2, (1971), 117.
• 2. Piotrowski, G., Hench, L. L., Allen, W. C.: Mechanical studies of the bone bioglass interfacial bond, J. Biomed. Res., 9, (1975), 47.
• 3. Hench, L. L., Paschall, H. A.: Direct chemical bond of bioactive glass-ceramic materials to bone and muscle, J. Biomed. Res. Symp., 4, (1973), 25.
• 4. Rawlings, R. D.: Bioactive glasses and glass-ceramics, Clinical Mater. 14, (1993), 155.
• 5. Li, P., Kangasniemi, I., Groot, K., Kokubo, T., Yli-Urpo, A. U.: Apatite crystallization from metastable calcium phosphate solution on sol-gel-prepared silica, J. Non-Cryst. Solids, 168, (1994), 281.
• 6. Oliveira, J. M., Correia, R. N., Fernandes, M. H.: Biomaterials, 23, (2002), 371.
• 7. Gross, U., Strunz, V.: J. Biomem. Res., 19, (1985), 251.
• 8. Andersson, O. H., Karlsson, K. H., Kagasniemi, K., Yli-Urpo, A.: Glasstech. Ber., 61, (1988), 300.
• 9. Cao, W., Hench, L. L.: Bioactive materials, Ceram. Int., 22, (1996), 493-507.
• 10. [Bonfield, W., Wang, M., Tanner, K. E.: Interfaces in analogue biomaterials, Acta Mater., 46, (1998), 2509-2018.
• 11. Sitarz, M., Fojud, Z., Olejniczak, Z.: The aluminium effect on the structure of silico-phosphate glasses studied by NMR and FIR, J. Mol. Struct., 924-926, (2009), 107.
• 12. Sitarz, M.: Influence of modifying cations on the structure and texture of silicate-phosphate glasses, J. Mol. Struct., 887, (2008), 237-248.
• 13. Kokubo, T., Takadama, H.: How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity?, Biomaterials, 27, (2006), 2907.
• 14. Sitarz, M., Bułat, K., Szumera, M.: Aluminium influence on the crystallization and bioactivity of silico-phosphate glasses from NaCaPO4-SiO2 system, J. Non-Cryst. Solids, 356, (2010), 224.
• 15. Handke, M., Sitarz, M., Rokita, M., Galuskin, E. W.: J. Mol. Struct., 651-653, (2003), 39.
• 16. Jastrzębski, W., Sitarz, M., Rokita, M., Bułat, K.: Infrared spectroscopy of different phosphates structures, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 79, (2011), 722-727.
• 17. Sitarz, M., Bułat, K., Wajda, A., Szumera, M.: Direct crystallization of silicate-phosphate glasses of NaCaPO4-SiO2 system, J. Therm. Anal. Calorim., 113, (2013), 1363-1368.