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.


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!!


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.


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.


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



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.



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



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


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.


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).


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.


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


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


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


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


Apare ca faz intermediar la obinerea ACP fosfat de calciu amorf Ca3(PO4)2.nH2O, 3


Structura nu a fost bine stabilit: ACP fosfat de calciu amorf Ca3(PO4)2.nH2O, 3


A li ii

ACP fosfat de calciu amorf Ca3(PO4)2.nH2O, 3


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.


IV. HIDROXIAPATITA

Structura cristalin

d l Cationii de calciuse leag de anioniide oxigen,g ,satisfcnd astfelcea de-a douasarcin rmassarcin rmasliber a acestora.


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.


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


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


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


Cristale de HAp bi t i obinute prin

cristalizarea ntr-o matrice de gelatin

IV. HIDROXIAPATITA


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


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


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


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


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.


Mecanismul procesului de edificare i consolidare a

esutului uman

Procesul de edificare i consolidare a esutului uman este unproces activ, controlat de sistemul celular.



esutului uman

Celulele secret colagen (care reprezint matricea) vainfluena ntr-o msur important proprietile fizice i chimiceale osului.



esutului uman

Secundar, aceste celule controleaz depunerea de particuleminerale, orientarea lor spaial i proprietile structurale,printr-un proces enzimatic.



esutului uman

Procesul de mineralizare este iniiat atunci cnd colagenul sedispune ntr-o orientare stratificat (echidistanat la 640).



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 -


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.


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.


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)


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.


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

curs 5 - ceramica fosfatica FIM.pdf

Documents

Transcript of curs 5 - ceramica fosfatica FIM.pdf