Βιοκεραμικά Νανοϋλικά: Σύνθεση και χαρακτηρισμός του τριμερούς συστήματος SiO2-CaO-MgO με προσθήκη ιόντων Cu
Creators: name: Πουρουτζίδου, Γεωργία Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Βιοκεραμικά
Νανοσωματίδια
Φασματοσκοπία υπερύθρου
Bioceramics
Nanoparticles
Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)

description: Η νανοτεχνολογία παρέχει μεγάλες δυνατότητες βελτίωσης των βιοϋλικών που χρησιμοποιούνται στη Μηχανική των Ιστών. Τα νανοβιοκεραμικά προτιμώνται σε σύγκριση με τα ανάλογα υλικά που αποτελούνται από κόκκους μεγέθους μικροκλίμακας, λόγω της αυξημένης ενεργούς επιφάνειας, η οποία μπορεί να βελτιώσει τόσο τις μηχανικές ιδιότητες όσο και την ικανότητα σχηματισμού απατίτη λόγω του αυξημένου αριθμού θέσεων πυρηνοποίησης. Σύμφωνα με μελέτες το Si, Ca, Mg και ο Cu, που περιέχονται στις υάλους, παρουσιάζουν μεγάλη βιοενεργή συμπεριφορά και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε βιοϊατρικές εφαρμογές όπως η αναγέννηση οστών. Ωστόσο, ο Cu είναι ένα ιχνοστοιχείο το οποίο περιέχεται στο ανθρώπινο σώμα και είναι γνωστό ότι ενισχύει σημαντικά την αγγειογένεση. Σκοπός της μελέτης αυτής είναι η σύνθεση νανομεγέθους υαλοκεραμικά του τριμερούς συστήματος SiO2-CaO-MgO-CuO (60SCu). Οι βιοκεραμικές ύαλοι που παρήχθησαν με τη μέθοδο κολλοειδούς γέλης (Sol-Gel) αποτελούνταν από αναλογίες % κατά βάρος: 60 SiO2, 30 CaO, 7.5 MgO και 2.5 CuO. Στο πρώτο μέρος της παρούσας μελέτης, συντέθηκε ένα νανοβιοκεραμικό του τριμερούς συστήματος SiO2-CaO-MgO ενισχυμένο με ιόντα Cu και η μελέτη της επίδρασης της υγρής άλεσης στο μέγεθος των σωματιδίων, τη μορφολογία και τη βιοενεργότητα. Έπειτα, προκειμένου να πραγματοποιηθεί το τεστ βιοενεργότητας, τα υλικά εμβαπτίστηκαν υπό μορφή σκόνης σε διάλυμα προσομοίωσης σωματικών υγρών (SBF) για 1, 3, 5, 15 και 20 ημέρες παραμονής. Στο δεύτερο μέρος πραγματοποιήθηκε μελέτη της επίδρασης διαφορετικών αναλογιών του λόγου Ethanol/TEOS, όπως και της επίδραση της συνολικής ποσότητας της προστιθέμενης αμμωνίας στην κοκκομετρία, τη μορφολογία καθώς και στη βιοενεργότητα του βιοκεραμικού υλικού. Το τεστ βιοενεργότητας, με όμοιο τρόπο με το πρώτο μέρος της μελέτης, για 1, 3 και 5 ημέρες εμβάπτισης των υλικών στο SBF. Πριν το τεστ βιοενεργότητας μελετήθηκε η θερμική συμπεριφορά των υλικών με τη μέθοδο της Θερμοβαρυμετρικής/Διαφορικής Θερμικής Ανάλυσης (TGA/DTA). Επιπλέον, μελετήθηκε η μορφολογία και η κοκκομετρία καθώς επίσης πραγματοποιήθηκε και η ταυτοποίηση των υλικών με τη χρήση της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Διέλευσης (ΤΕΜ). Το σύνολο των δειγμάτων, πριν και μετά την εμβάπτιση στο SBF χαρακτηρίστηκε με τις τεχνικές της Φασματοσκοπίας Υπερύθρου Fourier (FTIR), της περίθλασης ακτίνων-Χ (XRD) και της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης (SEM). Παρατηρήθηκε ότι το σύνολο των νανοβιοκεραμικών (&lt;15nm) του τριμερούς συστήματος SiO2-CaO-MgO-CuO (60SCu) ανέπτυξε κρυσταλλικό υδροξυαπατίτη έπειτα από 3ημέρες εμβάπτιση στο υγρό προσομοίωσης, ενώ ήδη από την πρώτη ημέρα παραμονής των υλικών στο SBF παρατηρήθηκε η δημιουργία ασβεστοφωσφορικής φάσης και η έναρξη σχηματισμού σφαιρουλιτών στην επιφάνεια των δειγμάτων, που αντιστοιχούν στον απατίτη. Ωστόσο, στο πρώτο μέρος της διπλωματικής εργασίας, παρατηρήθηκε μικρή επίδραση της υγρής μηχανικής άλεσης στο μέγεθος των νανοθραυσμάτων με την αύξηση της ταχύτητας, ενώ ταυτόχρονα παρατηρήθηκε μικρή αύξηση της άμορφης φάσης.
description: Nanotechnology has a great potential to improve biomaterials used in dental applications and Tissue Engineering. Nano-bioceramics are preferable compared to their micro-scale counterparts, because of their increased surface area which can improve both mechanical properties and apatite formation ability due to the increased nucleation sites provided. According to various studies, Si-, Ca-, Mg- and Cu containing glasses, are highly bioactive and could be used in biomedical applications such as bone tissue regeneration. Additionally, Cu is a trace element in the human body, known to play a significant role in angiogenesis. The aim of the present work was to produce nano-sized glass-ceramics of the ternary system SiO2-CaO-MgO-CuO. Sol-gel derived bioactive glasses’ composition in wt% was: 60 SiO2, 30 CaO, 7.5 MgO, 2.5 CuO (60SCu). In the first part of this work, a glass-ceramic nano-material in the ternary system SiO2-CaO-MgO-CuO was successfully synthesized and was investigated the effect of ball milling on the particle size, morphology and bioactive behavior. Bioactivity evaluation was conducted in SBF under renewal conditions. In the second part of this work, we studied the effect of different ratios of Ethanol/TEOS and the total amount of the inserted ammonia to the particle size, morphology and bioactive behavior. Bioactivity evaluation was conducted in SBF under renewal conditions. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric analysis and Differential thermal analysis (TGA/DTA), Transmission electron microscopy (TEM), Scanning Electron Microscope and Energy Dispersive X-Ray Spectrometer (SEM/EDS) and X-ray diffraction (XRD) were used for the characterization of the samples. Bioactive glass-ceramic nano-material (&lt;15nm particle size) of the ternary system of SiO2-CaO-MgO-CuO (60SCu) was successfully synthesized. In the first part, the milling process had no significant effect on the agglomerate size as the rpm are increased, although a slight increase in the amorphous phase was observed. Additionally, the biomimetic evaluation test revealed apatite formation after 3 days of immersion. In the second part, the biomimetic evaluation test revealed apatite formation after 3 days of immersion also
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)