Κατασκευή σύνθετων πορωδών βιοϋλικών μεταλλικής μήτρας τιτανίου με ενίσχυση υδροξυαπατίτη, για χρήση τους ως ιατρικά εμφυτεύματα και μελέτη των μηχανικών και βιολογικών τους ιδιοτήτων
Creators: name: Παπαργύρη, Σοφία Α.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2006
Subjects: Τιτάνιο
Υδροξυαπατίτης
Κονιομεταλλουργία
Titanium
Hydroxyapatite
Power metallurgy

description: Σήμερα, υλικά όπως οι αφροί γίνονται ολοένα και πιο γνωστά. Αυτά τα υλικά αποτελούν μια τάξη υλικών των οποίων η σύσταση και η μικροδομή αποτελείται από συμπαγή μέρη ανάμεσα στα οποία παρεμβάλλονται κενοί πόροι σε σχηματισμό πλέγματος ή δικτύου. Η ανάπτυξη τέτοιων υλικών ξεκίνησε με την ανάγκη για νέα υλικά που θα χρησιμοποιούνταν στα αεροσκάφη ως υλικά ανθεκτικά στις υψηλές θερμοκρασίες και σαν δομικά υλικά που θα άντεχαν στο θερμαινόμενο περιβάλλον κατά την είσοδο και έξοδο του σκάφους στο διάστημα. Τα υλικά αυτά ικανοποιούσαν τις παραπάνω ανάγκες με την εξαιρετική τους θερμική αντίσταση και τις πολύ καλές μηχανικές ιδιότητες. Σήμερα η επιστήμη των υλικών ασχολείται με την ανάπτυξη πορωδών υλικών για την χρησιμοποίηση τους ως ιατρικά εμφυτεύματα. Τέτοια υλικά θα πρέπει να έχουν τις ιδανικές μηχανικές και βιολογικές ιδιότητες που θα τους επιτρέπουν να λειτουργούν στο εχθρικό περιβάλλον μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται ως βιοϋλικά φέρουν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά όπως καλή μηχανική αντοχή, βιοσυμβατότητα και βιοενεργότητα. Το τιτάνιο και τα κράματα του χρησιμοποιούνται εδώ και 10-15 χρόνια, στον τομέα της ορθοπεδικής χειρουργικής και της γναθοχειρουργικής. Το τιτάνιο, όπως και τα κράματα του, έχουν πολύ καλές μηχανικές ιδιότητες, αντίσταση στη διάβρωση και εμφανίζουν βιοσυμβατότητα. Τα μειονεκτήματά του είναι η φθορά τριβής τριών σωμάτων και το φαινόμενο της προστασίας της τάσης (stress protection). Η προσθήκη του υδροξυαπατίτη, ένα ορυκτό υλικό που φέρει τα χαρακτηριστικά του φυσικού οστού, πιστεύεται ότι θα βελτιώσει τις ιδιότητες του τιτανίου. Στην παρούσα έρευνα θα μελετηθεί η συμπεριφορά πορώδους υλικού μεταλλικής μήτρας τιτανίου με ενίσχυση κόκκων υδροξυαπατίτη το οποίο κατασκευάστηκε με την μέθοδο της κονιομεταλλουργίας. Έτσι χρησιμοποιήθηκαν αρχικά μέθοδοι παρασκευής όπως φαρμακευτική ανάδευση, μηχανική ανάδευση, ανάδευση σε ελεγχόμενη ατμόσφαιρα. Στο στάδιο αυτό πραγματοποιήθηκε χαρακτηρισμός των ενδιάμεσων προϊόντων πριν την ψυχρή συμπίεση με SEM-EDS, XRD, DTA-TG, ανάλυση πορώδους, ανάλυση δομής με υπερήχους και κοκκομετρική ανάλυση.Στην συνέχεια προστέθηκε παράγοντας αφροποίησης, και πραγματοποιήθηκε ψυχρή συμπίεση, πυροσυσσωμάτωση σε ελεγχόμενες συνθήκες καθώς και χαρακτηρισμός των τελικών υλικών με SEM-EDS, XRD, DTA-TG, οπτική μικροσκοπία, ανάλυση πορώδους, ανάλυση δομής με υπερήχους, και δοκιμασία μηχανικής αντοχής συμπίεσης. Τέλος, έγινε έλεγχος βιοσυμβατότητας σε υγρά SBF και Ringer, και χαρακτηρισμός των δοκιμίων αυτών με μέτρηση ΡΗ, SEM-EDS, XRD, DTA-TG, ανάλυση δομής με υπερήχους, οπτική μικροσκοπία, δοκιμασία μηχανικής αντοχής συμπίεσης και ανάλυση FTIR. Τα αποτελέσματα είναι πλέον ενθαρρυντικά και δείχνουν ότι τα πορώδη βιοϋλικά τιτανίου και υδροξυπατίτη μπορούν κάλλιστα να χρησιμοποιηθούν σαν εμφυτεύματα οστού, αφού οι φυσικές, χημικές και μηχανικές ιδιότητές τους πληρούν τις προϋποθέσεις για τέτοιες εφαρμογές στον ανθρώπινο οργανισμό
description: Today material's science is investigating porous materials for use as medical implants such a bio-material should have appropriate mechanical and biological properties. For this reason, a porous titanium-hydroxyapatite biomaterial was produced by powder metallurgy. The powders were mixed by mechanical alloying and then cold-pressed and sintered. The samples were characterised by SEM-EDS, XRD, DTA-TG, FTIR and optical microscopy. Their mechanical properties were evaluated by mechanical compression testing and determined by incubation in SBF and Ringer solutions. Results are very promising showing that porous Titanium-hydroxyapatite biomaterials can be used as bone implants as their physical, chemical and mechanical properties fulfit the requirements for such applications in the human body