Nanocompozite pe baza de hidroxiapatita

GeneralitatiCeramica din hidroxiapatita este pe larg folosita pentru operaţii reparatorii în

organismul uman datorita faptului ca, are o excelentă biocompatibilitate. Acest material are numeroase aplicatii in implanturi precum legaturile de sold, substitutii osoase, implanturi dentare. Totuşi,rezistenţele mecanice mici şi tenacitatea la rupere redusă reprezintă condiţiirestrictive la utilizarea acestora. Pentru a se elimina aceste inconveniente, înceramica pe bază de hidroxiapatită, se introduc materiale de armare, între care se remarcă dioxidul de zirconiu, folosit cel mai frecvent în acest scop.In ultimii ani s-au obtinut compozite care contin hidroxiapatita( contribuie prin aportul unei bune biocompatibilitati si bioactivitati) si zirconie ( confera materialului excelente proprietati mecanice).

Astfel, s-au realizat studii, pornindu-se de la hidroxiapatită, dioxid de zirconiuparţial stabilizat cu ytriu sau dioxid de zirconiu monoclinic (Flucka).

Modificările de compoziţie fazală s-au studiat prin difracţie de raze X şi s-aconstatat că, începând chiar de la temperatura de 1100°C apar ca faze detectateroentgenografic β-3CaO.P2O5 şi CaZrO3 ceea ce înseamnă că hidroxiapatita sedescompune intens. În acelaşi timp se observă că ionii de calciu difuzează în t-ZrO2

şi duce la transformarea acestuia în c-ZrO2. Coexistenta hidroxiapatitei cu zirconia partial stabilizata, la temperaturi mai, o poate transforma on fosfat tricalcic (TCP) si/sau oxid de calciu si zirconiu. Stabilitatea termica a HAp depinde de mai multi factori. Descompunerea hidroxiapatiteti presupune schimbarea proprietatilor fizico-chimice ale materialului ceea ce afecteaza performantele implantului schimbandu-i solubilitatea, resorbtia si biocompatibilitatea.

S-au studiat, de asemenea, materiale compozite din hidroxiapatită cu (10-50)% masice de dioxid de zirconiu parţial stabilizat cu ytriu. Acestea au fost depusepe suport din aliaj de titan prin pulverizare în plasmă. Studiile de difracţie de raze Xau arătat că, stratul depus are o compoziţie fazală complexă, constituită din dioxid dezirconiu, hidroxiapatită, faza amorfă, oxid de calciu, fosfat tricalcic, zirconat de calciuş.a. S-a constatat că, t-ZrO2 nu este prea afectat, dacă se depune prin pulverizare înplasmă mai ales în cazul în care proporţia acestuia în compoziţie este mare.

Autorii din literatura de specialitate, considera că, la utilizarea unor cantităţimari de dioxid de zirconiu, acesta pătrunde în reţeaua hidroxiapatitei ceea ce duce lacreşterea rezistenţelor mecanice ale acesteia.

Datele de literatură arată că, deşi rolul dioxidului de zirconiu parţial sau totalstabilizat la armarea hidroxiapatitei este studiat, modul de îmbunătăţire aproprietăţilor mecanice şi stabilitatea acestuia în compoziţiile cu hidroxiapatită nu aufost complet lămurite.

Obtinerea compozituluiPentru sinteza compozitului, se folosesc soluţiile 0,5m de Ca(NO3)2

1

.4H2O şi (NH4)2HPO4.Fosfatul de amoniu se introduce sub formă de picături, în soluţia de azotat de calciu.Se lucrează la pH=10-10,5, care se reglează cu ajutorul unei soluţii de hidroxid deamoniu. Se mai adaugă şi ZrO2 pulbere, suspensia finală agitându-se 10 min(agitator). Încălzirea se face într-un cuptor cu microunde cu frecvenţa de 2,45 GHz şi puterea de 180 W.Interpretarea rezultatelor

Analiza microscopicaPulberile obţinute au fost, de asemenea, analizate atât prin microscopie electronică cu baleiaj

(SEM), cât şi de transmisie (TEM). Micrografiile obţinute sunt date în figurile 1a şi b. Prin SEM se observă că, pulberea este foarte fină, dar aglomeratele apar în formaţiuni de dimensiunimari. Pulberea este foarte fină, deci se pretează la a fi caracterizată in continuare, cu TEM –microscopie electronică de transmisie, deoarece este o metodă de mai mare acurateţe care ne va da cu siguranţă informaţii utile.

Fig 1. a,b Imagine SEM pentru pulberea de HAp_ZrO2,

obţinută in camp microunde, a x1000, b x5000

Pe materialul ars, s-a făcut de asemenea microscopie electronică de baleiaj (SEM sau MEB).

Se observă că, materialul este destul de bine compactat (sinterizat) dar prezinta siporozitate, datorita existentei incă, ca fază mineralogică a zirconei monoclinice, care prezintăvariaţii de volum.

Spectrometria cu transformare Fourier

2

Interpretarea IR-ului s-a realizat pe baza literaturii de specialitare, atribuirea pentru fiecare grup de valori de lungimi de unda, specifice unor grupari din hidroxiapatita.

Din spectrele FTIR ale probei s-au identificat urmatoarele benzi specifice:

3

Proba

569603964103510601097

6303568

829

1388

16413100-3435

benzi specifice [PO4]3- din reţeaua HAp

benzi specifice HO- din reţeaua HAp

banda specifică [HPO4]2-

CO2 molecular absorbit din aer

benzi specifice moleculelor de apa reţinute prin legături de hidrogen

4