Σύνθεση και Χαρακτηρισμός Μεσοπορωδών Βιοκεραμικών Υλικών SiO2 – CaO με την προσθήκη ιόντων Sr.
Creators: name: Κιούρα, Στυλιανή Στέργιου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Νάνοβιοϋλικά
μεσοπορώδη υλικά
τριαδικό σύστημα SiO2 – CaO - SrO
nanobiomaterials
mesoporous materials
ternary system SiO2 - CaO – SrO

description: Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η παρασκευή μεσοπορωδών νανοφορέων του τριμερούς συστήματος SiO2 - CaO - SrO, με διαφορετικά ποσοστά αναλογίας των επιμέρους ενώσεων, με την μέθοδο κολλοειδούς γέλης (sol – gel) και ο χαρακτηρισμός τους με την βοήθεια Φασματοσκοπίας Υπερύθρου με μετασχηματισμούς Fourier (FTIR), Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης με φασματοσκοπία ενεργειακής διασποράς (SEM-EDS/ΕDX), Περίθλασης Ακτίνων – Χ (ΧRD), καθώς και Ποροσιμετρίας (BET-BJH). Η νανοτεχνολογία παρέχει δυνατότητες βελτίωσης των βιοϋλικών που χρησιμοποιούνται στην Μηχανική των Ιστών, ενώ τα νανοβιοκεραμικά προτιμώνται λόγω αυξημένης ενεργούς επιφάνειας, η οποία επιτυγχάνει καλύτερα αποτελέσματα στην ικανότητα σχηματισμού απατίτη. Το πυρίτιο, το ασβέστιο και το στρόντιο παρουσιάζουν καλή βιοενεργή συμπεριφορά για αυτό και χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές της Ιατρικής. Επιπροσθέτως, το πυρίτιο είναι απαραίτητο για μεταβολικές διαδικασίες, τον σχηματισμό και τη ασβεστοποίηση του ιστού των οστών, το ασβέστιο ευνοεί τον πολλαπλασιασμό των οστεοβλαστών και την ενασβεστίωση εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας καθώς επίσης ενεργοποιεί τους υποδοχείς Ca στα κύτταρα των οστεοβλαστών και αυξάνει την έκφραση αυξητικών παραγόντων, ενώ το στρόντιο έχει θετικές επιδράσεις στα κύτταρα οστών, ενισχύοντας την in vivo και in vitro δημιουργία οστού και την μείωση απορρόφησης του. Συντέθηκαν συνολικά 6 βιοϋλικά με τα 4 πρώτα (SiCaSr5a, SiCaSr2.5a, SiSr15 και SiSr5b) να ακολουθούν το πρωτόκολλο 1 και τα δύο τελευταία (SiCaSr5c, SiCaSr2.5c) το πρωτόκολλο 2. Τα δύο υλικά που δεν περιέχουν ασβέστιο συντέθηκαν με σκοπό να ελεγχθεί ο βαθμός ενσωμάτωσης Sr στο υλικό και να αποτελέσουν αναφορά για τις αλλαγές στη δομή μετά την ενσωμάτωση του Ca. Τα υλικά που παρασκευάστηκαν με βάση το πρωτόκολλο 1 απορρίφθηκαν για την συγκεκριμένη μελέτη, καθώς σύμφωνα με την EDS ανάλυση το ασβέστιο δεν είχε εισαχθεί στο πλέγμα στα SιCaSr5a και SiCaSr2.5a και επίσης λόγω του ότι σύμφωνα με την μελέτη της Ποροσιμετρίας το SiSr5b αποτελούσε μικροπορώδες υλικό. Έπειτα για την πραγματοποίηση του τεστ βιοενεργότητας τα υλικά εμβαπτίστηκαν υπό μορφή σκόνης σε διάλυμα προσομοίωσης σωματικών υγρών (c-SBF) για συνολικά 10 ημέρες και σύμφωνα με τα φάσματα FTIR, τις μικροφωτογραφίες SEM και τα ακτινογραφήματα XRD παρατηρήθηκε η ανάπτυξη κρυσταλλικού υδροξυαπατίτη. Τα υλικά που συντέθηκαν με βάση το πρωτόκολλο 2 ήταν κατά το μεγαλύτερο ποσοστό τους άμορφα, ενώ παρατηρήθηκε επίσης μια “bean-like” δομή των κόκκων στην επιφάνεια των δειγμάτων σε σχέση με την σφαιρική δομή των κόκκων του υλικού SiCa, η οποία οφειλόταν στην διαφορετική ατομική ακτίνα των δύο στοιχείων που θα μπορούσε να προκαλέσει ατέλειες στο πλέγμα. Τέλος, ως προτιμητέο υλικό χαρακτηρίστηκε το SiCaSr5c, επειδή συγκρινόμενο με το SiCaSr2.5c το μέγεθος των πόρων του είναι πιο κοντά στις νανοδιαστάσεις, καθώς επίσης και έπειτα από 10 ημέρες εμβάπτισης του στο c-SBF απέδωσε μεγαλύτερο ποσοστό απατίτη γεγονός που του προσδίδει καλύτερη βιοενεργή συμπεριφορά. Όμως, για την πλήρη σύγκριση των δύο αυτών υλικών απαιτείται η φόρτωση και η απελευθέρωση φαρμάκου στον οργανισμό
description: The aim of the present study was to produce mesoporous nanocarriers of the ternary system SiO2 - CaO – SrO, with different percentages of individual compounds, by sol-gel method and their characterization by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM-EDS), X-ray diffraction (XRD) and Porosimetry (BET). Nanotechnology offers the potential to improve the biomaterials used in Tissue Engineering, while nanobioceramics are preferred because of the increased active surface area, which achieves better results in apatite formation ability. Silicon, calcium and strontium are highly bioactive and they could be used in medical applications. Additionally, silicon is required for metabolic processes, bone formation and calcification, calcium promotes osteoblast proliferation and extracellular maturation, as well as it activates Ca – reseptor in osteoblasts, while strontium has positive effects on bone cells, enhancing in vivo and in vitro bone formation and reducing the bone absorption. Six biomaterials were synthesized, with the first 4 (SiCaSr5a, SiCaSr2.5a, SiSr15 and SiSr5b) following protocol 1 and the last two (SiCaSr5c, SiCaSr2.5c) protocol 2. The two materials containing no calcium were synthesized with the purpose of checking the degree of Sr incorporation in the material and report on changes in structure after Ca incorporation. Materials produced according to protocol 1 were rejected for this study, as EDS analysis did not include calcium in the framework in SiCaSr5a and SiCaSr2.5a and also because, according to the Porosimetry study, SiSr5b was a microporous material. Then, for the biomimetic evaluation test, the materials were immersed in simulated body fluid (c-SBF) for 10 days and FTIR spectra, SEM microphotographs, and XRD radiographs showed the development of crystalline hydroxyapatite. The materials synthesized based on protocol 2 were mainly amorphous, and a "bean-like" grain structure was observed on the surface of the specimens relative to the spherical grain structure of the SiCa material, due to the different atomic radius of the two elements that could cause defects in the mesoporous network. Finally, the preferred material was SiCaSr5c, because compared to SiCaSr2.5c, its pore size is closer to nanomaterials, and after 10 days of immersion in c-SBF, it yielded a higher rate of apatite, which attributed to SiCaSr5c a better bioactive behavior. However, for the complete comparison of these two materials, it is required to load and release a drug in the body
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)