Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Wajda A., Bułat K., Sitarz M.

Materiały Ceramiczne

|

2015

|

T. 67, nr 2

127--131

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.

2

Krystalizacja szkieł krzemianowo-fosforanowych z układu NaCaPO4-SiO2

Sitarz M., Bułat K., Pszczoła J.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 3

364-366

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad krystalizacją szkieł krzemianowo-fosforanowych z układu NaCaPO4-SiO2. Na podstawie badań termicznych (DTA) wykazano, że krystalizacja tych szkieł przebiega wieloetapowo. Analiza krzywych DTA pozwoliła określić charakterystyczne temperatury dla fazy szklistej. Na tej podstawie opracowano parametry wygrzewania szkieł w piecu gradientowym. Badania strukturalne (XRD, MIR) szkieł wyjściowych oraz otrzymanych szkło-krystalicznych materiałów pozwalają opisać przebieg procesu krystalizacji.

EN

The paper presents results of research on the crystallization of silicate-phosphate glasses from the NaCaPO4-SiO2 system. On the basis of thermal studies (DTA), it has been shown that crystallization of these glasses was a multistep process. The analysis of DTA curves, enabled to determine the characteristic temperatures for the glassy phase. On this basis, glass annealing parameters in a gradient furnace were established. Structural studies (MIR, XRD) of the output glasses and the obtained glass-crystalline materials enable to describe the crystallization process.

3

Wpływ miedzi na termiczną i biochemiczną aktywność szkieł krzemianowo-fosforanowych

Sułowska J., Wacławska I., Szumera M.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 2

402-406

PL

Przeprowadzono badania nad aktywnością termiczną i biochemiczną szkieł z układu SiO2-P2O5-K2O-MgO-CaO modyfikowanych dodatkiem CuO, które mogą działać jako wolno rozpuszczające się nawozy dostarczające roślinom makroelementy P, K, Mg, Ca, jak również mikroelementy w formie miedzi. Przeprowadzono charakterystykę termiczną szkieł za pomocą metody DSC, aby określić wpływ miedzi na przemianę stanu szklistego oraz na proces krystalizacji szkieł. W celu identyfikacji faz krystalicznych pojawiających się w wyniku krystalizacji, próbki szkieł ogrzewano izotermicznie w temperaturach wynikających z pomiarów DSC, po czym poddano je analizie metodą rentgenograficzną (XRD). Aktywność chemiczną szkieł modyfikowanych dodatkiem CuO określono, jako ich rozpuszczalność w 2 % roztworze kwasu cytrynowego, przy stosunku wagowym ilości szkła do roztworu kwasu 1:100. Ilość uwolnionych ze szkła pierwiastków określono przy użyciu atomowej spektroskopii emisyjnej z indukcyjnie wzbudzoną plazmą (ICP-AES). Wprowadzenie do struktury szkieł coraz większej ilości CuO spowodowało spadek temperatury transformacji stanu szklistego. Spadek temperatury transformacji stanu szklistego jest wyjaśniany zastępowaniem jonów wapnia i magnezu jonami miedzi o wyższej kowalencyjności wiązań. W procesie krystalizacji analizowanych szkieł miedź wbudowuje się w strukturę fosforanów krystalizując w formie fosforanu typu Ca19Cu2(PO4)14, natomiast niewielka część krystalizuje w postaci krzemianów typu diopsydu. Badania wykazały, że wzrost zawartości CuO w strukturze analizowanych szkieł powoduje obniżenie ich rozpuszczalności czego powodem jest zwiększająca się w nich ilość trwałych elementów fosforanowych.

EN

Thermal and biochemical activities of glasses from the SiO2-P2O5-K2O-MgO-CaO system modified with the addition of CuO were studied. The glasses can act as slowly dissolving fertilizers, supplying macroelements P, K, Mg, Ca and microelements in a form of copper for plants. Thermal characteristics of the glasses was carried out using the DSC method to determine the effect of copper on the glassy state transformation and crystallization process of glasses. In order to identify the crystalline phases appearing as a result of crystallization, the glass samples were heated isothermally at the temperatures indicated by the DSC measurements, and then subjected to analysis by X-ray diffractometry (XRD). The chemical activity of the glasses modified with the CuO addition was determined by measuring the solubility of glass samples in the 2 % citric acid solution at the weight ratio of glass to solution of 1:100. The amount of elements released from the glass sample was measured by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES). Incorporation to the glass structure the growing amount of CuO resulted in a decrease in the glass transition temperature. Reduction of the glass transition temperature is explained by the replacement of calcium ions and magnesium ions by copper having more covalent bonds. In the process of crystallization of the analyzed glasses, copper builds in the structure of phosphates crystallizing in a form of Ca19Cu2(PO4)14 phosphate, while only a small proportion of copper crystallizes as silicates of a type of diopside. The studies have shown that the increase in CuO content in the structure of the analyzed glasses causes a decrease of solubility as a result of increased number of durable phosphate elements in the glass microstructure.

4

Mikrostruktura szkieł krzemianowo-fosforanowych z układu NaMgPO4-SiO2

Bułat K., Sitarz M., Gajewicz M.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 2

391-395

PL

Praca dotyczy szkieł krzemianowo-fosforanowych z układu NaMgPO4-SiO2 o systematycznie zmieniającej się proporcji [SiO4]4-/[PO4]3-. Szkła z powyższego układu należą do tzw. bioaktywnych szkieł, zdolnych do tworzenia wiązań z tkanką żywą. Poważnym problemem, ograniczającym wykorzystanie szkieł jako biomateriałów jest ich kruchość. Poprawę własności mechanicznych szkieł można osiągnąć poprzez wprowadzenie odpowiednich dodatków (najczęściej Al+3) lub poprzez przeprowadzenie częściowej dewitryfikacji szkła. Aby prawidłowo zaplanować kierowaną krystalizację szkła konieczna jest szczegółowa znajomość zarówno jego struktury, jak i mikrostruktury. Szczegółowe badania przy użyciu mikroskopu skaningowego z przystawką EDX pozwoliły wykazać, że wszystkie badane szkła charakteryzują się wyraźną likwacją. Na skład chemiczny inkluzji w znaczący sposób wpływa obecność jonów glinu w strukturze szkła.

EN

The studies concern silico-phosphate glasses with the [SiO4]4-/[PO4]3- ratio systematically changed, belonging to the NaMgPO4-SiO2 system. Glasses from this system are considered as bioactive and capable of connecting bonds with tissue. Brittleness is a serious problem limiting exploitation of glasses as biomaterials. The addition of a proper amount of cations (mostly Al+3) or partial devitrification of glass can lead to improvement of the mechanical properties. Detailed structural and textural investigations are necessary to conduct direct crystallization of glass. Microscopic and EDX investigations made it possible to find out that liquation took place in all glasses studied. The presence of aluminium in the glass matrix has the significant influence on the chemical composition of inclusions.

5

Nanolikwacja i nanokrystalizacja w szkłach krzemianowo-fosforanowych.

Handke M., Sitarz M., Rokita M.

Archiwum Nauki o Materiałach

|

2003

|

T. 24, nr 4

467-475

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań mogące stanowić podstawę technologii otrzymywania bioaktywnych nanomateriałów na drodze kierowanej krystalizacji szkieł krzemianowo-fosforanowych. Otrzymano szkliste i szkłokrystaliczne materiały o wysokiej zawartości krzemionki (>50% mol. SiO2) z układów: NaCaPO4-SiO2 i AlPO4-NaCaPO4-SiO2. Na podstawie badań rentgenowskich oraz spektroskopowych w dalekiej podczerwieni stwierdzono amorficzność bądź krystaliczny charakter poszczególnych próbek. Badania na mikroskopie skaningowym wraz z mikroanalizą rentgenowską wskazały wyraźnie na likwację faz krzmianowych i sodowo-wapniowo-fosforanowych. Stwierdzono homogenizujący wpływ dodatku glinu na materiały z omawianego układu. Określono składy matrycy i kulistych inkluzji oraz wytypowano próbki o inkluzjach rozmiarów nanometrycznych. Badania DTA wykazały, że wyselekcjonowane szkła charakteryzują się wielostopniową krystalizacją. Na podstawie badań spektroskopowych w podczerwieni zasugerowano model struktury omawianych szkieł.

EN

The aim of the work is to create the base of technology of bioactive nanomaterials obtaining on the way of phospho-silicate glasses controlled devitrification process. The glasses and glass-ceramics materials of high silica contents (more than 50 mol.%) from the NaCaPO4-SiO2 and AlPO4-NaCaPo4-SiO2 system were obtained. On the base of X-ray and far infrared spectroscopy (FT-FIR) the amorphous or crystalline form of samples was stated. The scanning microscope analyses with the X-ray microanalysis have shown clearly the liquation of silicate and sodium-calcium phosphate phases. The homogeneous influence of alumina addition was stated in the discussed system. Chemical constitution of matrix and spherical inclusions was determined. Some glasses of nanometric inclusions size were selected. DTA analysis showed that selected glasses are characterized by multistage crystallization. The model of the discussed glasses structure was suggested on the base of infrared spectroscopy measurements.