curs 5 - ceramica fosfatica FIM.pdf
-
Upload
cristina-bulgaru -
Category
Documents
-
view
85 -
download
8
Transcript of curs 5 - ceramica fosfatica FIM.pdf
-
Universitatea POLITEHNICA din BucuretiFacultatea de Inginerie Medical
TIINA MATERIALELOR BIOCERAMICEBIOCERAMICE
Curs 4
MATERIALE BIOCERAMICE FOSFATICE
-
I INTRODUCEREI. INTRODUCERE
Biomaterialele ceramice fosfatice sunt Biomaterialele ceramice fosfatice suntmateriale bioactive sau bioresorbabile.
Materialele bioactive: sunt acceptate de esutul viu, acesta din urm
adernd la suprafaa implantului i dezvoltndu seadernd la suprafaa implantului i dezvoltndu-seca un mediu care continu implantul;
interacioneaz chimic cu osul natural i stimuleazformarea acestuia n zonele de contactformarea acestuia n zonele de contact.
-
I INTRODUCERE
Biomaterialele ceramice fosfatice sunt
I. INTRODUCERE
Biomaterialele ceramice fosfatice suntmateriale bioactive sau bioresorbabile.
Materialele bioresorbabile: se dizolv n timp, avnd rolul de a ndeplini
temporar funcia esuturilor distruse;temporar funcia esuturilor distruse; se constituie ntr-un suport pentru dezvoltarea
esuturilor, de multe ori furniznd prin dizolvarei ii i difi ii tionii necesari edificrii acestora.
-
I INTRODUCERE
Descoperirea n 1926 de ctre cercettorii
I. INTRODUCERE
Descoperirea, n 1926, de ctre cercettoriin domeniul medical, conform creia fazamineral din oase i dini esteconstituit din sruri de tip fosfat decalciu, a marcat nceputul interesului fa deacestea, ca materiale care pot uuraacestea, ca materiale care pot uuravindecarea fracturilor osoase. hidroxiapatita carbonatat se regsete n oase,
dini i tendoane conferindu-le stabilitate idini i tendoane, conferindu-le stabilitate iproprieti mecanice adecvate;
sub form de nanocristale.
-
I INTRODUCERE
Ceramicile pe baz de fosfat de calciu au fost
I. INTRODUCERE
Ceramicile pe baz de fosfat de calciu au fostconsiderate ca noi biomateriale abia n anul1960, cnd s-a reuit prepararea lor nform dens.
Materialele pe baz de fosfai de calciu pot fi: Materialele pe baz de fosfai de calciu pot fi: ceramici; sticle; sticle; vitroceramuri; materiale compozite, n care una dintre
componente este de tip fosfatic.p p
-
II. FOSFAI DE CALCIU FORMAI PE CALE BIOLOGIC
Formarea biologic a mineralelor de ctre
PE CALE BIOLOGIC
Formarea biologic a mineralelor de ctreorganismele vii se numete biomineralizare.
Dei prezena mineralelor n esuturile dure p este esenial pentru funcionalitateaacestora, exist i cazuri n care cristalizareaacestora are loc anormal n locuri nedorite acestora are loc anormal, n locuri nedorite mineralizare patologic. arteroscleroza; pietre; calculi.
-
II. FOSFAI DE CALCIU FORMAI PE CALE BIOLOGIC
Sunt cunoscute peste 60 de minerale
PE CALE BIOLOGIC
Sunt cunoscute peste 60 de mineraleutilizate de ctre organisme: protecie;p otec e; unelte; senzori de gravitaie;
Oxizi de fier
schelet.
Fosfai deDioxid de
siliciu
Carbonat de calciu
Fosfai de calciu
Cele mai mari cantiti, n organismele marine!!n organismele marine!!
-
II. FOSFAI DE CALCIU FORMAI PE CALE BIOLOGIC
n apatitele din oase raportul Ca/P crete cu Compoziie
PE CALE BIOLOGIC
n apatitele din oase, raportul Ca/P crete cuvrsta apatitele biologice sunt deficiente ncalciu sau nonstoichiometrice. Compui sau elemente n cantiti mici:
- fosfat tricalcic TCP; Mg;g; CO32-; Na; Cl-; Cl ; HPO-.
Compui sau elemente n urme: Sr; Sr; Pb.
-
II. FOSFAI DE CALCIU FORMAI PE CALE BIOLOGIC
n apatitele din oase raportul Ca/P crete cu Compoziie
PE CALE BIOLOGIC
n apatitele din oase, raportul Ca/P crete cuvrsta apatitele biologice sunt deficiente ncalciu sau nonstoichiometrice. apatit carbonatat CO3-Ap Ca10(PO4,CO3)6(OH)2; fluor apatit carbonatat (F,CO3)-Ap(Ca,Na,Mg,K,X)10(PO4,CO3,HPO4)6(OH,Cl,F)2, unde X(Ca,Na,Mg,K,X)10(PO4,CO3,HPO4)6(OH,Cl,F)2, unde X
sunt alte elemente n cantiti mai mici de 0,1g%.
Elementele n cantiti mici, cum ar fi Elementele n cantiti mici, cum ar ficarbonatul, magneziul sau fluorul se crede cdetermin stabilitatea apatitelor biologice.
-
II. FOSFAI DE CALCIU FORMAI PE CALE BIOLOGIC
Smal Dentin Os HAp
Compoziia i proprietile fizice ale apatitelor n smal, dentin i os, n comparaie cu hidoxiapatita
PE CALE BIOLOGIC
p
COMPOZIIE
Calciu Ca2+ 36,5 35,1 34,8 39,6
F f P 17 7 16 9 15 2 18 5Fosfor P 17,7 16,9 15,2 18,5
Ca/P 1,63 1,61 1,71 1,67
Sodiu Na+ 0,5 0,6 0,9
Magneziu Mg2+ 0,44 1,23 0,72
Potasiu K+ 0,88 0,05 0,03
Carbonat CO32- 3,5 5,6 7,4Carbonat CO3 3,5 5,6 7,4
Florur F- 0,01 0,06 0,03
Clorur Cl- 0,30 0,01 0,13
Pi f f t Pirofosfat P3O74-
0,022 0,10 0,07
-
II. FOSFAI DE CALCIU FORMAI PE CALE BIOLOGIC
Compoziia i proprietile fizice ale apatitelor n smal, dentin i os, n comparaie cu hidoxiapatita
PE CALE BIOLOGIC
Smal Dentin Os HAp
COMPOZIIE
Total anorganic 97,0 70,0 65,0 100
Total organic 1,5 20,0 25,0g , , ,
Apa absorbit 1,5 10,0 10,0
Urme de Sr2+, Pb2+, Zn2+, Cu2+, Fe3+ etc.
-
II. FOSFAI DE CALCIU FORMAI PE CALE BIOLOGIC
Compoziia i proprietile fizice ale apatitelor n smal, dentin i os, n comparaie cu hidoxiapatita
PE CALE BIOLOGIC
Smal Dentin Os HAp
PROPRIETI CRISTALOGRAFICE
Parametrii celulei elementarea [nm]c [nm]
0,94410 6880
0,94210 6887
0,9410 689
0,94300 6891c [nm] 0,6880 0,6887 0,689 0,6891
Indice de cristalinitate [%] 70-75 33-37 33-37 100
Dim. medie a 00 0 0 3 2 0 2 200 600Dim. medie a cristalitelor [nm] 100x50x50 35x25x4 50x25x4 200-600
-
II. FOSFAI DE CALCIU FORMAI PE CALE BIOLOGIC
Compoziia i proprietile fizice ale apatitelor n smal, dentin i os, n comparaie cu hidoxiapatita
PE CALE BIOLOGIC
Smal Dentin Os HAp
Produi de ardere (800OC)
-TCMP* + HAp
-TCMP + HAp HAp+CaO HAp(800OC) HAp HAp
Modul de elasticitate [GPa] 80 15 0,34-13,8 10
Rezistena mecanic la compresiune [MPa]
10 100 150 100
* -TCMP: fosfat tricalcic substituit cu magneziu (Mg,Ca)3(PO4)2
-
II. FOSFAI DE CALCIU FORMAI PE CALE BIOLOGIC
Dizolvarea apatitelor biologice n soluii Produi de dizolvare / precipitare
PE CALE BIOLOGIC
Dizolvarea apatitelor biologice n soluiitampon acide este dependent decompoziia acestora. rata de dizolvare a smalului dinilor de rechin este
mai sczut dect cea caracteristic smaluluiuman: coninut mai sczut de carbonat; coninut mai ridicat de fluorur.
n procesul de formare a cariilor cristalele de n procesul de formare a cariilor, cristalele deapatit din smal sau dentin sunt dizolvatede acidul produs de bacteriile orale. n timpul procesului precipit fosfat dicalcic, fosfat
octacalcic, (F,OH)-apatit, -TCMP.
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
Diagrama binar CaO P O
Diagrama CaO P2O5 Diagrama binar CaO - P2O5
pune n eviden existenamai multor compui binari: C4P - fosfatul tetracalcic;
Sistemul binar CaO P2O5
4 ; C3P - fosfatul tricalcic; C2P - fosfatul dicalcic; CP fosfatul monocalcic; CP - fosfatul monocalcic; C7P5 - pentafosfatul
heptacalcic, C P t if f t l di l i C2P3 - trifosfatul dicalcic, CP2 - difosfatul
monocalcic.
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
A ti i
Diagrama CaO P2O5
Sistemul binar CaO P2O5 Aceti compui se
comport congruent sauincongruent, unii dintre eiprezentnd i varietiprezentnd i varietipolimorfe.
ntre C4P i C3P aparecompusul apatit saucompusul apatit sauhidroxiapatit, carecorespunde formulei:C10(PO4)6(OH)2 2 O C10(PO4)6(OH)2-2xOxx(unde reprezintvacane punctuale).
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
A l d id d
Diagrama CaO P2O5
Sistemul binar CaO P2O5 Amestecul de oxid de calciu i hidroxiapatit este pindizerabil, ca urmare a interaciei oxidului de calciu cu oxidului de calciu cu lichidele fiziologice dup implantare.
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI Diagrama CaO P2O5
Stabilitatea fazelor dinsistem, ndeosebi din zona
Sistemul CaO - P2O5 n coordonate T-pH2O
,C3P - apatit, este de mareinteres pentru materialelebioceramice, ea
difi d f i dmodificndu-se n funcie detemperatur i presiuneavaporilor de ap.
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
Pentru temperatura de
Diagrama CaO P2O5 Pentru temperatura de
1300C, utilizat n modcurent pentru densificareacorpurilor ceramice, dac: l P 0 t t bili C P
Sistemul CaO - P2O5 n coordonate T-pH20
log PH2O
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
Di l d f id i f l i
Diagrama CaO P2O5
Diagramele de faz evideniaz faptul c, princontrolul: temperaturii;p ; raportului CaO/P2O5; presiunii vaporilor de ap; duratei sinterizrii; duratei sinterizrii;se pot obine, n limite relativ largi, produse dinfosfat de calciu bine definite compoziional.
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI Fosfai de calciu din sistemul CaO P2O5 H2O
Notaie Numele mineralului Formula chimic RaportulCa/P
Stabilitate
DCP Monetit CaHPO4 1 pH: 2,0-6,0
DCPD Brushit CaHPO4.2H2O 1
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
C l i ili d d b i
Metode de obinere
Cele mai utilizate metode de obinere afosfailor de calciu se pot clasifica n doucategorii importante:g p precipitare din soluii apoase; reacii n faz solid;
Se utilizeaz materii prime diferite, n funciede compoziie i metoda considerat.p
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
F f ii b i i i i i i
Metode de obinere
Fosfaii obinui prin precipitare pot conine: ioni H+, HO- i molecule de ap; ioni strini prezeni n soluiile apoase.p p
Obinerea de fosfai prin reacii n fazsolid poate conduce la:
ncorporarea de halogenuri; substituii n reelele de Ca i P. substituii n reelele de Ca i P.
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
Se obine cu uurin prin precipitare din soluii
DCPD - fosfat dicalcic dihidrat CaHPO4.2H2O
Se obine cu uurin prin precipitare din soluiiapoase.
Se transform n fosfat dicalcic anhidru prinpardere la peste 100oC.
Ocurena biologic: l ifi i t l i n calcifieri patologice;
ca intermediar n mineralizarea osoas i dizolvareasmalului dentar n mediu acid.
Aplicaii: ciment fosfatic; pasta de dini; pasta de dini; supliment mineral n mncare.
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
Se obine cu uurin prin precipitare din soluii
DCP - fosfat de calciu anhidru CaHPO4 Se obine cu uurin prin precipitare din soluii
apoase, dar la temperaturi de peste 100oC. Nu se ntlnete n organism. g Aplicaii:
ciment fosfatic;t d di i pasta de dini;
supliment mineral n mncare.
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
Se formeaz ca faz intermediar n OCP - fosfat octacalcic Ca8(HPO4)2(PO4)4.5H2O Se formeaz ca faz intermediar n
precipitarea din soluii apoase a fazelorapatitice mai stabile, cum ar fi hidroxiapatita.
E t tit it di t t i titi Este constituit din straturi apatitice, cuaranjament ionic asemntor HAp, ntre care seintercaleaz molecule de ap.
Ocurena biologic: rol important n formarea in-vivo a mineralelor
apatitice;o O incluziune de OCP poate fi observat prin TEM n
apatitele biologice i sintetice; este componentul stabil al calculilor urinari sau
d t identari;
faza precursoare n valvele pentru inim, biologicesau sintetice.
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
Nu poate fi precipitat din soluii se obine prin
TCP fosfat tricalcic Ca3(PO4)2 Nu poate fi precipitat din soluii, se obine prin
calcinare din hidroxiapatit nonstoichiometric,la temperaturi de peste 800oC.
La peste 1125oC se transform n TCP, formade temperatur nalt.
Fiind faza stabil la temperatura camerei este Fiind faza stabil la temperatura camerei, estemai puin solubil n ap dect TCP.
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
Ocurena biologic:
TCP fosfat tricalcic Ca3(PO4)2 Ocurena biologic:
nu se regsete n calcifieri biologice; forma substituit cu magneziu -TCMP (Mg,Ca)3(PO4)2
se regsete n calculi dentari, pietre la rinichi, cariidentare, pietre salivare, cartilagiul artritic, depozite nesuturile moi.
n amestec cu HAp este utilizat ca substitut deos, nclusiv n ingineria esuturilor, fiindosteoinductivosteoinductiv.
Alte aplicaii: ciment fosfatic; pulberi abrazive pentru dini; supliment mineral n mncare.
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
S bi di TCP l t 1125oC TCP fosfat tricalcic Ca3(PO4)2 Se obine din TCP la peste 1125oC. Este instabil la temperatura camerei. Este mai reactiv n mediu apos fa de TCP Este mai reactiv n mediu apos fa de TCP,
hidroliznd cu formarea unui amestec de alifosfai de calciu.
Nu se regsete n mediul biologic. Aplicaii:
ciment fosfatic ciment fosfatic.
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
Apare ca faz intermediar la obinerea ACP fosfat de calciu amorf Ca3(PO4)2.nH2O, 3
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
Structura nu a fost bine stabilit: ACP fosfat de calciu amorf Ca3(PO4)2.nH2O, 3
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
A li ii
ACP fosfat de calciu amorf Ca3(PO4)2.nH2O, 3
-
III. FOSFAI DE CALCIU SINTETICI
Se obine prin reacii n faz solid la peste
TTCP fosfat tetracalcic Ca4(PO4)2O
Se obine prin reacii n faz solid la peste1300oC, spre exemplu prin arderea unuiamestec echimolar, bine omogenizat, de DCP iCaCO3, n aer uscat sau n flux de azot uscat.
2CaHPO4 + 2CaCO3 Ca4(PO4)2O + 2CO2 + H2O Nu este stabil n soluii apoase hidrolizeaz lent Nu este stabil n soluii apoase, hidrolizeaz lent
cu formare de HAp i hidroxid de calciu nu seregsete n mediul fiziologic.
Aplicaii:- ciment din fosfai de calciu;
-
IV. HIDROXIAPATITA
Hid i i i il hi i
Generaliti
Hidroxiapatita este similar chimic cu parteamineral a esuturilor dure ale mamiferelor;
Are formula chimic ideal Ca10(PO4)6(OH)2; Are formula chimic ideal Ca10(PO4)6(OH)2; Este osteoconductiv, permind creterea
osului n interiorul implantului i n consecinosteointegrarea;
Are tendin mare de a forma compuinonstoichiometrici prin:nonstoichiometrici, prin: substituii cu diferii anioni i cationi; apariia unor defecte n reea.
-
IV. HIDROXIAPATITA
E l i i l bil di f f ii d
Generaliti
Este cel mai puin solubil dintre fosfaii decalciu.
Se descompune termic la temperaturi cuprinse Se descompune termic la temperaturi cuprinsentre 800-1200oC, n funcie de modul deobinere; P t diii i l d i t t fi t bil Pentru condiii speciale de sintez poate fi stabil
pn la temperaturi de 1500oC;
n form densificat nu are proprietimecanice suficient de bune pentru a putea fifolosit n aplicaii care presupun eforturimecanice importante (ortopedie)mecanice importante (ortopedie).
-
IV. HIDROXIAPATITA
n stare pur este monoclinic
Structura cristalin
La 250oC trece ni i h l
n stare pur este monoclinic.
simetria hexagonal:
a = 9,4125nm b = 6,8765nm stabilizat la temperatura
camerei n prezenaimpuritilorimpuritilor.
Structura cristalin a HAp obinut n SBF la 37oC obinut n SBF la 37 C
-
IV. HIDROXIAPATITA
Cationii de calciu se gsesc n dou tipuri de
Structura cristalin
Cationii de calciu se gsesc n dou tipuri desimetrii, care se intercaleaz:
C (I) b i l 1/2 Ca(I): pe baz i la 1/2din nlimea laturiicelulei elementare;C (II) l i di Ca(II): la i dinnlimea laturii celuleicelulei elementare.
Structura cristalin a HAp obinut n SBF la 37oC obinut n SBF la 37 C
-
IV. HIDROXIAPATITA
Structura cristalin
d l Cationii de calciuse leag de anioniide oxigen,g ,satisfcnd astfelcea de-a douasarcin rmassarcin rmasliber a acestora.
Structura cristalin a HAp obinut n SBF la 37oC obinut n SBF la 37 C
-
IV. HIDROXIAPATITA
G il t t d i OH t t i l i
Structura cristalin
Gruprile tetraedrice OH- se gsesc n straturi la i din nlimea laturii celulei elementare.
Structura cristalin a HAp obinut n SBF la 37oC obinut n SBF la 37 C
-
IV. HIDROXIAPATITA
Gruprile tetraedrice PO 3- se gsesc n straturi la i
Structura cristalin Gruprile tetraedrice PO43 se gsesc n straturi la i
din nlimea laturii celulei elementare.
Dac se considerstructura de-a lungulaxei z, gruprile fosfatformeazo coloane, legate
unele de celelalte;o structur tip fagure
de albin, careconfer stabilitatecompusului.Structura cristalin a HAp obinut n SBF la 37oC
obinut n SBF la 37 C
-
IV. HIDROXIAPATITA
Metode de obinere
La alegerea metodei de obinere, precum iatunci cnd sunt stabilite materiile prime iparametrii de procesare trebuie inut contparametrii de procesare, trebuie inut contnu numai de compoziia ce se dorete a fiobinut, dar i de proprietile vizate, nconformitate cu aplicaiile specifice: pulberi;
-
IV. HIDROXIAPATITA
Metode de obinere
La alegerea metodei de obinere, precum iatunci cnd sunt stabilite materiile prime iparametrii de procesare trebuie inut contparametrii de procesare, trebuie inut contnu numai de compoziia ce se dorete a fiobinut, dar i de proprietile vizate, nconformitate cu aplicaiile specifice: corp ceramic dens;
-
IV. HIDROXIAPATITA
Metode de obinere
La alegerea metodei de obinere, precum iatunci cnd sunt stabilite materiile prime iparametrii de procesare trebuie inut contparametrii de procesare, trebuie inut contnu numai de compoziia ce se dorete a fiobinut, dar i de proprietile vizate, nconformitate cu aplicaiile specifice: Corp ceramic poros; Pori cu dimensiunea deaprox. 150m vor permitedezvoltarea esuturilor ninteriorul implantuluiinteriorul implantului.
-
IV. HIDROXIAPATITA
Metode de obinere
La alegerea metodei de obinere, precum iatunci cnd sunt stabilite materiile prime iparametrii de procesare trebuie inut contparametrii de procesare, trebuie inut contnu numai de compoziia ce se dorete a fiobinut, dar i de proprietile vizate, n
Aliaj Ti TiO2
conformitate cu aplicaiile specifice: Straturi subiri;
HAp
Aliaj Ti TiO2
p
esut
-
IV. HIDROXIAPATITA
Metode de obinere
Reacii n faz solid Reacii de co-precipitare Procese sol-gel Reacii hidrotermale Reacii hidrotermale Preparare biomimetic Piroliza unui sol
-
IV. HIDROXIAPATITA
Se utilizeaz ca materii prime compui de Metode de obinere - Reacii n faz solid Se utilizeaz ca materii prime compui de
calciu i fosfor: Ca3(PO4)2, Ca2P2O7, Ca(H2PO4)2H2O, CaHPO4,
CaHPO 2H O Ca (HPO ) (PO ) 5H OCaHPO4 2H2O, Ca8(HPO4)2(PO4)4 5H2O CaCO3, CaO,n prezena vaporilor de ap.
6CaHPO4 + 4CaCO3 3Ca2P2O7 + 4CaCO3 + 3H2O450C
3Ca2P2O7 + 4CaCO3 + 3H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 2H2O + 4CO2 > 800C
-
IV. HIDROXIAPATITA
Se ob in n general pulberi cu: Metode de obinere - Reacii n faz solid
Se ob in n general pulberi cu:
dimensiuni granulare mari; dimensiuni granulare mari; forme neregulate; compoziie neomogen.
-
Metode de obinere - Reacii n faz solidDozarea MP
Omogenizarea MPMoara cu bileMediu uscat
or; 150 rot/min
Analiza pulberii ATD
650oC - 800oC; 2 oreCalcinare
Granulometrie laserAnaliza difractometricAnaliza pulberii
PresareUniaxial
2000 Kgf/cm2; D=10mm
Caracterizarea Analiza difractometricDensitate, porozitateP i ti i
1000oC - 1300oC1, 3 ore
Sinterizare
materialelor ceramice Proprieti mecaniceBiocompatibilitate
-
IV. HIDROXIAPATITA
Se utilizeaz ca materii prime compui de calciu
Metode de obinere - Reacii de co-precipitare
Se utilizeaz ca materii prime compui de calciui fosfor: NH4H2PO4, (NH4)2HPO4, H3PO4; CaCl2, Ca(NO3)2, (CH3COO)2Ca, Ca(OH)2, Ca(NO3)2,
CaSO4.2H2O.
Se folosete NH4OH pentru reglarea pH-ului la Se folosete NH4OH pentru reglarea pH ului lavalori pentru care hidroxiapatita este stabil.
-
IV. HIDROXIAPATITA
Cristalinitatea HAp crete cu temperatura de
Metode de obinere - Reacii de co-precipitare
Cristalinitatea HAp crete cu temperatura dereacie: < 80oC: caracter slab cristalin; 80 100oC: HAp cristalin 80 100oC: HAp cristalin.
Gradul de deficien al structurii este influenatde pH-ul mediului de reacie: scade pe msur
t H lce crete pHul. Se obin structuri cu diferite rapoarte Ca/P,
cuprinse ntre 1,75 i 1,67, n care pot apare cup , , , p puurin substituii cu specii strine, care intrn poziiile gruprilor [PO4]-3 este necesar caprin metodele de sintez s fie eliminatpprezena unor specii cum ar fi: SiO4-4, SO4-2,CO3-2 etc.
-
Dozarea MP
Prepararea soluiilorFosfat: 0,2 mol/lSruri de Ca: 0,3 mol/l
Amestecarea soluiilorAdugare n pictur sub agitare permanentPh = 9 - 12 (reglat cu amoniac)Temp: 65-75oC; 23oC pentru procedeul sol-gel
Maturarea precipitatului 1 sptmnp ptemperatura camerei
Splarea precipitatului
Analiza pulberilor
Uscare 80oC 120oC
Metode de b i ii
ATD
Granulometrie laserAnaliza difractometricAnaliza pulberilor
650oC 800oC, 2 ore obinere reacii de co-precipitare
Calcinare
Sinterizare 800oC - 1200oC, palier 1, 3 ore
Uniaxial, 2000 Kg f/cm2; D=10mmPresare
Caracterizarea materialelor ceramice
Analiza difractometric, Densitate, Porozitate,Proprieti mecanice, Biocompatibilitate
-
IV. HIDROXIAPATITA
Nu s a reuit nc imitarea abilitii naturii de a Metode de obinere Preparare biomimetic Nu s-a reuit nc imitarea abilitii naturii de a
asambla compui anorganici n structuribiologice cercetri extensive sunt dedicatebiomineralizrii.
Formarea osului n prezena implanturilordepinde n final tot de organismul viudepinde n final tot de organismul viu.
-
IV. HIDROXIAPATITA
S au preparat materiale biomimetice de
Metode de obinere Preparare biomimetic
S-au preparat materiale biomimetice desubstituie, pentru os, prin precipitarea HAp pesuprafaa fibrelor de colagen.
nu s-a reuit imitarea structurii osului natural; sunt utilizate n aplicaii clinice sunt utilizate n aplicaii clinice.
-
IV. HIDROXIAPATITA
Cel mai simplu mod de a aborda prepararea
Metode de obinere Preparare biomimetic
Cel mai simplu mod de a aborda preparareabiomimetic a apatitelor l constituie utilizareaSBF ca mediu de reacie:
cristale nanometrice, cu morfologie acicular; materiale cu proprieti mecanice i stabilitate termic materiale cu proprieti mecanice i stabilitate termic
mbuntite.
Pot fi adugate enzime n mediul de reacie.
-
IV. HIDROXIAPATITA
P HA f il
Metode de obinere Preparare biomimetic
Prepararea HAp n prezena surfactanilor acondus la obinerea unor cristale lamelare.
Precipitarea n prezena polielectroliilor organici Precipitarea n prezena polielectroliilor organiciconduce la obinerea aa numitelororganoapatite.
l l l l Controlul pHului i a concentraiei ionilor estefoarte important pentru obinerea HAp. la precipitarea din soluii neutre pHul scade datorita p ec p ta ea d so u eut e p u scade dato t
eliberrii protonilor imobilizai n srurile de fosfai decalciu.
-
IV. HIDROXIAPATITA
Una dintre diferenele majore ntre prepararea Metode de obinere Preparare biomimetic Una dintre diferenele majore ntre prepararea
HAp n condiii de laborator i formarea norganismul uman este dat de viteza deprecipitare: precipitarea n condiii biologice poate dura luni o
durat similar de reacie se poate obine prin p psepararea reactanilor prin intermediul unei membranesau a unui mediu, care acioneaz ca o barier dedifuzie;
mediul de separare poate conine grupri funcionalebiomimetice, care s influeneze modul de cretere acristalelor.
-
IV. HIDROXIAPATITA
Metode de obinere Preparare biomimetic
Cristale de HAp bi t i obinute prin
cristalizarea ntr-o matrice de gelatin
-
IV. HIDROXIAPATITA
Metode de obinere Preparare biomimetic
Cristale de HAp obinute prin cristalizarea n
condiii de pH i concentraii controlate
-
IV. HIDROXIAPATITA
Implanturile din ceramici de fosfat de calciu
Interaciunea cu mediul fiziologic i biomineralizare
Implanturile din ceramici de fosfat de calciusunt "in vivo", supuse unui proces debiodegradare.
Biodegradarea poate fi cauzat de douprocese: solubilitatea fizico chimic a ceramicii solubilitatea fizico-chimic a ceramicii
fosfatice n lichidele fiziologice; desfacerea punilor dintre granule,p g ,
particulele mici fiind fie digerate intracelular,fie transformate n esuturile vecine, deregul n nodurile limfaticeregul n nodurile limfatice.
-
IV. HIDROXIAPATITA
Ceramica de tip hidroxiapatitic se
Interaciunea cu mediul fiziologic i biomineralizare
Ceramica de tip hidroxiapatitic sebiodegradeaz prin solubilizare, constatndu-seo eroziune a suprafeei care crete n timp pnla aproximativ 15 - 20 m.
-
IV. HIDROXIAPATITA
Comportarea la imersarea n soluii cu
Interaciunea cu mediul fiziologic i biomineralizare
Comportarea la imersarea n soluii cudiferite compoziii a potenialelor biomaterialebazate pe fosfai de calciu, contribuie ladeducerea comportrii viitorului implant nmediul fiziologic. Prin solubilizarea HAp n soluii cu pH ntre 4 i 7 s-a Prin solubilizarea HAp n soluii cu pH ntre 4 i 7 s a
dovedit un exces n raportul Ca/P, valoare legat deexistena unor straturi de suprafa constituite dindiferite faze cum ar fi DHAp, Ca2(HPO4)(OH)2,p, 2( 4)( )2,Ca2(PO4)OH, Ca10(PO4)5(OH)5, DCPD, Ca12(PO4)6(OH)6,impuriti n reea sau CO32- absorbit.
-
IV. HIDROXIAPATITA
Comportarea la imersarea n soluii cu
Interaciunea cu mediul fiziologic i biomineralizare
Comportarea la imersarea n soluii cudiferite compoziii a potenialelor biomaterialebazate pe fosfai de calciu, contribuie ladeducerea comportrii viitorului implant nmediul fiziologic. Absorbia cationilor anorganici din soluii n HAp Absorbia cationilor anorganici din soluii n HAp
crete n seriile:Ca2+ > Ba2+ > Mg2+ i Na+ > K+ > Li+
Preluarea ionilor F- de ctre HAp se poate realiza Preluarea ionilor F de ctre HAp se poate realizaprin formarea fluorohidroxiapatitei sau prin nlocuireaaltor ioni la suprafaa HAp.
-
IV. HIDROXIAPATITA
n compuii organici lichizi cum ar fi
Interaciunea cu mediul fiziologic i biomineralizare
n compuii organici lichizi, cum ar fiaminoacizii sau polipeptidele, anionii PO43- icationii Ca2+ se comport n principal ca suportde absorbie a COO- i NH4+ la suprafaaHAp.
Studii ale mecanismelor de absorbie i Studii ale mecanismelor de absorbie idesorbie a proteinelor la HAp au artatformarea unor legturi complexe:
HAp - PO43- ---------------- +H4N proteinaHAp Ca2+ OOC proteinaHAp - Ca2+ ---------------- OOC proteina.
-
Interaciunea cu mediul fiziologic i biomineralizare
Mecanismul procesului de edificare i consolidare a
esutului uman
Procesul de edificare i consolidare a esutului uman este unproces activ, controlat de sistemul celular.
-
Interaciunea cu mediul fiziologic i biomineralizare
Mecanismul procesului de edificare i consolidare a
esutului uman
Celulele secret colagen (care reprezint matricea) vainfluena ntr-o msur important proprietile fizice i chimiceale osului.
-
Interaciunea cu mediul fiziologic i biomineralizare
Mecanismul procesului de edificare i consolidare a
esutului uman
Secundar, aceste celule controleaz depunerea de particuleminerale, orientarea lor spaial i proprietile structurale,printr-un proces enzimatic.
-
Interaciunea cu mediul fiziologic i biomineralizare
Mecanismul procesului de edificare i consolidare a
esutului uman
Procesul de mineralizare este iniiat atunci cnd colagenul sedispune ntr-o orientare stratificat (echidistanat la 640).
-
Interaciunea cu mediul fiziologic i biomineralizare
Mecanismul procesului de edificare i consolidare a
esutului uman
Faza mineral este n principal constituit din particule fosfaticecare sunt mineralizate ntr-o structur apatitic.
-
V. PROPRIETI I APLICAII
S au obinut materiale pe baz de fosfai de S-au obinut materiale pe baz de fosfai decalciu cu rezistene mecanice apropiate de cea aoaselor sau a smalului dentar, pentru odensitate apropiat de cea teoretic.
Rezistena la oc, modulul de rupere saudurabilitatea materialelor ceramice fosfaticedurabilitatea materialelor ceramice fosfaticetrebuie n continuare mbuntite.
-
V. PROPRIETI I APLICAIIComparaie ntre proprietile mecanice ale unor materiale dense
i cele ale esuturilor osoase
Proprietatea
CERAMICA VITROCERAMICAOS SMALT
Apatita TCP fosfosilicat fosfat
Densitate relativ (%) >95 >98 ~100 ~100 - -
R i t l i Rezist. la compresiune (MPa) 300-500 400-700 500 - 140-300 240-400
Rezist. la traciune (MPa) 80-120 - - - 20-110 -
Duritate Mohs 3-7 - 10 3-4 0,4-0,7 3,4-3,7
Modul de rupere(MPa/m2) - 1-1,5 -
0,9-1,1 2-5 -
-
V. PROPRIETI I APLICAII
n corelaie cu proprietile lor mecanice n corelaie cu proprietile lor mecanice,ceramicele pe baz de fosfai de calciu pot fifolosite n principal pentru: umplerea defectelor osoase; reconstruirea unor esuturi osoase care sunt supuse
unor eforturi de compresiune.p
n prezent, materialele ceramice pe baz defosfai de calciu au un loc bine definit ndomeniul chirurgiei orale plastice ortopedicedomeniul chirurgiei orale, plastice, ortopedicesau a urechii.
-
V. PROPRIETI I APLICAII
i l hii i reconstruirea oaselor urechii interne saumijlocii;
implanturi cu structur macroporoas folosite implanturi cu structur macroporoas folositepentru unirea vertebrelor;
proteze oculare; rdcini artificiale ale dinilor; reconstrucia defectelor osoase folosind
granulegranule.
-
V. PROPRIETI I APLICAII
TCP tili t i b tit t d TCP se utilizeaz extensiv ca substitut de os,ca faz unic sau n amestec cu HAp.
Condiiile ideale pe care ar trebui s lendeplineasc un astfel de implant, sunt: Porozitate cu diametrul porilor de aproximativ 100m,
pentru a permite creterea celulelor n interiorulimplantului;
Cerasorb (TCP sintetic) cu pori Cerasorb (TCP sintetic) cu pori realizai prin perforare cu metoda
CNC (control numeric computerizat)
-
V. PROPRIETI I APLICAII
TCP se utilizeaz extensiv ca substitut de os TCP se utilizeaz extensiv ca substitut de os,ca faz unic sau n amestec cu HAp.
Condiiile ideale pe care ar trebui s le pndeplineasc un astfel de implant, sunt: rat de biodegradare comparabil cu viteza de
formare a esutului osos (ntre cteva luni i doi ani);formare a esutului osos (ntre cteva luni i doi ani); stabilitate mecanic suficient.
sunt preferai fosfaii de calciu, HAp avnd stabilitateprea mare.
-
V. PROPRIETI I APLICAII
Realizarea acoperirilor de fosfai de calciu este Realizarea acoperirilor de fosfai de calciu esteo practic larg utilizat n medicin, pentru ambuntii biocompatibilitatea implanturilormetalicemetalice. Acoperirea fosfatic determin creterea rugozitii
suprafeei implantului, mbuntind i n acest modlegarea de oslegarea de os.
Implant de old, acoperit i neacoperit cu un strat ceramic fosfatic