بررسی تاثیر جایگزینی CaO با CaF2 بر خواص زیست فعالی و استحکام فشاری شیشه سرامیک 45S5 سنتز شده از ضایعات شیشه سودا- لایم به روش حالت جامد

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

بابک هاشمی ¹ , افسر نوروزیان ²

1 - استاد، بخش مهندسی مواد، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
2 - کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد، بخش مهندسی مواد، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

تاريخ الإرسال : 09 الثلاثاء , ربيع الثاني, 1445 تاريخ التأكيد : 18 السبت , جمادى الأولى, 1445 تاريخ الإصدار : 01 الجمعة , شوال, 1444

الکلمات المفتاحية: استحکام فشاری, شیشه سرامیک 45S5, زیست سازکاری, شیشه سودا لایم,

ملخص المقالة :

چکیده مقدمه: در این تحقیق ابتدا شیشه سرامیکی با ترکیبی مشابه با شیشه سرامیک 45S5 به روش حالت جامد از ضایعات شیشه سود-لایم سنتز شد. سپس با جایگزینی فلوراید کلسیم به جای اکسید کلسیم با درصدهای وزنی مختلف، رفتار زیست فعالی این شیشه ها و همچنین استحکام مکانیکی آنها بررسی شد. روش: آنالیز فازی نمونه‌ها پس از کلسینه کردن با آزمون پراش اشعه ایکس انجام شد. زیست فعالی نمونه ها با غوطه وری آنها در محلول شبیه سازی شده بدن برای در مدت زمانی مختلف و سپس اسکن سطح نمونه ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی برای مشاهده و بررسی و مقایسه رسوبات تشکیل شده انجام گرفت. رسوبات تشکیل شده بر سطح نمونه ها همچنین توسط آنالیز پراش اشعه ایکس در زاویه های کوچک شناسایی گردیدند. چگالی و استحکام فشاری نمونه ها پس از عملیات تف جوشی به ترتیب به روش ارشمیدسی و آزمون فشار تعیین شد. یافته­ ها: نمودارهای پراش اشعه ایکس نمونه‌های شیشه ای که در دماهای مختلف تحت کلسیناسیون، قرار گرفته بودند فازهای بلوریNa₂Ca₂Si₃O₉  و CaNaPO₄   را نشان دادند که دلالت بر تبدیل نمونه­ های کلسینه شده به شیشه ­سرامیک می باشد.آنالیز پراش پرتو ایکس نمونه‌های شیشه سرامیک با درصدهای مختلف کلسیم فلوراید که در دمای c°800 کلسینه شده بودند علاوه بر فازهای بلوری قبلی  فاز Ca₅F(PO₄)₃ را نیز نشان دادند در واقع با افزوده شدن کلسیم فلوراید به نمونه‌ها، فاز فلوئورآپاتیت در نمونه ها تشکیل شده است. انالیز فازی رسوبات تشکیل شده بر روی سطح نمونه ها پس از قرارگیری در مایع شبیه سازی شده بدن فازهای فلوئورآپاتیتCa₅F(PO₄)₃ ، هیدروکسی آپاتیت Ca₅(PO₄)₃ (OH) و کلسیم اولترا فسفاتCa₂P₆O₁₇  را مشخص نمودند که خاصیت زیست سازگاری مناسبی با بدن دارند   نتیجه­ گیری: . نتایج نشان دادند که ساخت شیشه سرامیک ها به روش حالت جامد از شیشه ضایعاتی موفقیت آمیز بوده و با جایگزینی کلسیم فلوراید بجای اکسید کلسیم خواص زیست فعالی و استحکام فشاری نمونه ها افزایش یافته است.    

المصادر:

1- Fernandes, H. R., Gaddam, A., Rebelo, A., Brazete, D., Stan, G. E., & Ferreira, J. M. (2018). Bioactive glasses and glass-ceramics for healthcare applications in bone regeneration and tissue engineering. Materials, 11(12), 2530.

2- Hench, L. L. (1993). Bioceramics: from concept to clinic. American Ceramic Society Bulletin, 72(4), 93-98.

3-مارقوسیان، و. (1381).  شیشه ساختار،خواص و کاربرد. تهران، ایران: مرکز انتشارات دانشگاه علم و صنعت.

4- Höland, W., Rheinberger, V., & Schweiger, M. (2003). Control of nucleation in glass ceramics. Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 361(1804), 575-589.

5- Kapoor, S., Goel, A., Tilocca, A., Dhuna, V., Bhatia, G., Dhuna, K., & Ferreira, J. M. (2014). Role of glass structure in defining the chemical dissolution behavior, bioactivity and antioxidant properties of zinc and strontium co-doped alkali-free phosphosilicate glasses. Acta biomaterialia, 10(7), 3264-3278.

6- Kannan, S., Goetz‐Neunhoeffer, F., Neubauer, J., & Ferreira, J. M. F. (2008). Ionic substitutions in biphasic hydroxyapatite and β‐tricalcium phosphate mixtures: structural analysis by Rietveld refinement. Journal of the American Ceramic Society, 91(1), 1-12.

7- Lusvardi, G., Malavasi, G., Cortada, M., Menabue, L., Menziani, M. C., Pedone, A., & Segre, U. (2008). Elucidation of the structural role of fluorine in potentially bioactive glasses by experimental and computational investigation. The Journal of Physical Chemistry B, 112(40), 12730-12739

8- Goodridge, R. D., Wood, D. J., Ohtsuki, C., & Dalgarno, K. W. (2007). Biological evaluation of an apatite–mullite glass-ceramic produced via selective laser sintering. Acta biomaterialia, 3(2), 221-231.

9- Monem, A. S., ElBatal, H. A., Khalil, E. M., Azooz, M. A., & Hamdy, Y. M. (2008). In vivo behavior of bioactive phosphate glass-ceramics from the system P 2 O 5–Na 2 O–CaO containing TiO 2. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 19(3), 1097-1108.

10- رفیعی نیا، م. بنکدار، ش. (1392). بیومتریال­ها (اصول و کاربردها). تهران، ایران: انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر.

11- Baino, F., Verné, E., & Vitale-Brovarone, C. (2009). 3-D high-strength glass–ceramic scaffolds containing fluoroapatite for load-bearing bone portions replacement. Materials Science and Engineering: C, 29(6), 2055-2062.

12- Brauer, D. S., Anjum, M. N., Mneimne, M., Wilson, R. M., Doweidar, H., & Hill, R. G. (2012). Fluoride-containing bioactive glass-ceramics. Journal of Non-Crystalline Solids, 358(12-13), 1438-1442.

13- Wang, G., Wang, S., Bian, C., Li, Y., & Shao, J. (2019). Tribological behavior evaluation of dental fluorapatite glass ceramic. Journal of the Australian Ceramic Society, 55(2), 363-370.

14- Jmal, N., & Bouaziz, J. (2018). Fluorapatite-glass-ceramics obtained by heat treatment of a gel synthesized by the sol-gel processing method. Materials Letters, 215, 280-283.

15- Manafi, S., Mirjalili, F., & Reshadi, R. (2019). Synthesis and evaluation of the bioactivity of fluorapatite–45S5 bioactive glass nanocomposite. Progress in biomaterials, 8(2), 77-89.

16- Masjedi, M. R., & Hashemi, B. (2019). Investigation of Effect of Heat Treatment on Produced Phases in 45S5 Glass-Ceramics Synthesized in the Forms of Powder and Pellet, and Investigation of Their Bioactivity, Journal of New Materials, 9(34), 1-16

17- Abbasi, M., & Hashemi, B. (2014). Fabrication and characterization of bioactive glass-ceramic using soda–lime–silica waste glass. Materials Science and Engineering: C, 37, 399-404.

18- Mneimne, M., Hill, R. G., Bushby, A. J., & Brauer, D. S. (2011). High phosphate content significantly increases apatite formation of fluoride-containing bioactive glasses. Acta Biomaterialia, 7(4), 1827-1834.

19- Gubler, M., Brunner, T. J., Zehnder, M., Waltimo, T., Sener, B., & Stark, W. J. (2008). Do bioactive glasses convey a disinfecting mechanism beyond a mere increase in pH. International endodontic journal, 41(8), 670-678.

20- Lee, J., Hsu, C., & Wu, Y. (2001). Kinetic studies on devitrification of calcium phosphate glass with TiO2, Al2O3, and SiO2 additions. Thermochimica Acta,  367–368, 279-283.

21- Kasuga, T., Ota, Y. & Abe, Y. (1996). High strength calcium phosphate glass composite containing β-Ca(PO3)2 fiber. Phosphorus Research Bulletin, 6, 75-78.

22- Bahremandi, E., Karbasi, S. & Salehi, H. (2019). Potential of an electrospun composite scaffold of poly(3-hydroxybutyrate)-chitosan/alumina nanowires in bone tissue engineering application. Materials Science & Engineering C 99 1075-1091.

23- Karlsson, K. H., Fröberg, K., & Ringbom, T. (1989). A structural approach to bone adhering of bioactive glasses. Journal of Non-Crystalline Solids, 112(1-3), 69-72.

 24- Brauer, D. S., Al-Noaman, A., Hill, R. G., & Doweidar, H. (2011). Density–structure correlations in fluoride-containing bioactive glasses. Materials Chemistry and Physics, 130(1-2), 121-125.

25- Loh, Z. W., Hafiz, M. Zaid, M. & Cheong, W. M., (2022) Effect of CaF2/P2O5 ratios on physical and mechanical properties of novel CaO–Na2O–B2O3–SiO2 glasses, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 171,  110991.

26- Prasad. S., Ganisetti, S. & Biswas, K. (2020) Elucidating the effect of CaF2 on structure, biocompatibility and antibacterial properties of S53P4  glass Journal of Alloys and Compounds, 831( 5), 154704.