SINTEZA SINTEZA NANNANOBIOBIOPULBERILOROPULBERILOR de de
Al2O3,ZrO2 Al2O3,ZrO2 sisi HAHAAl2O3,ZrO2 Al2O3,ZrO2 sisi HAHA
SINTEZA SINTEZA SI CARACTERIZAREA SI CARACTERIZAREA ALUMINEIALUMINEI (SOL(SOL--GEL)GEL)
AlCl 3 0.1M+CH3-CH2-OHsau
C9H21AlO3 0.1M+CH3-CH2-OHSol. 28% NH3 in picaturi
Amestecare usoara 30oC
Formarea solului
H2O in picaturi
Agitare 90 oC
Formarea gelului
Maturare 30 ore
Uscare 100 oC
Tratament termic 1000oC,1200oC / 2 ore
PULBERE NANOMETRICA DE Al 2O3
SINTEZA SINTEZA SI CARACTERIZAREA SI CARACTERIZAREA ALUMINEIALUMINEI (SOL(SOL--GEL)GEL)D
ifracţi
a d
e r
aze X
Dif
racţi
a d
e r
aze X
DifractogramaDifractograma pulberiipulberii dede aluminaalumina obtinutobtinutaa prinprinmetodametoda solsol--gelgel dindin precursorprecursor:: cloruraclorura dede aluminiualuminiu
a)a) ProcesataProcesata lala 10010000C/C/2424hh ○○:: AlClAlCl33(H(H22O)O)b)b) ProcesataProcesata lala 1001000000C/C/2424hh aa:: αα -- AlAl22OO33
c)c) ProcesataProcesata lala 1122000000C/C/2424hh γγ:: γγ -- AlAl22OO33
DifractogramaDifractograma pulberiipulberii dede aluminaalumina obtinutobtinutaa prinprinmetodametoda solsol--gelgel dindin precursorprecursor:: triizopropilattriizopropilat dedealuminiualuminiua)a) ProcesataProcesata lala 10010000C/C/2424hh aa:: αα -- AlAl22OO33
b)b) ProcesataProcesata lala 1001000000C/C/2424hh γγ:: γγ -- AlAl22OO33
c)c) ProcesataProcesata lala 1122000000C/C/2424hh
Dif
racţi
a d
e r
aze X
Dif
racţi
a d
e r
aze X
ZrCl 4 0.1M+ Ca(NO3)2 0.03Msau
C12H28O4Zr+ Ca (OCH)2(CH3)4
Formarea solului
SINTEZA SINTEZA SI CARACTERIZAREA SI CARACTERIZAREA ZIRCONEIZIRCONEI (SOL(SOL--GEL)GEL)
CH3-CH2-OH in picaturi
Amestecare usoara
Formarea gelului
Maturare 24 ore
Uscare 24 ore
Tratament termic 1000oC
Agitare 60 oC/90OC
NANOPULBERE DE ZrO 2
Agitare 60 oC/90OC
SINTEZA SINTEZA SI CARACTERIZAREA SI CARACTERIZAREA ZIRCONEIZIRCONEI (SOL(SOL--GEL)GEL)D
ifracţi
a d
e r
aze X
Dif
racţi
a d
e r
aze X
Difractograma pulberii de zirconaobtinuta prin metoda sol-gel dinclorura de zirconiu
a) Procesata la 1000C/24h 0: ZrO2 - cb) Procesata la 10000C/24h x: ZrO2 - t
Difractograma pulberii de zirconaobtinuta prin metoda sol-gel dinpropoxid de zirconiu
a) Procesata la 1000C/24h 0: ZrO2 - cb) Procesata la 10000C/24h x: ZrO2 - t
Dif
racţi
a d
e r
aze X
Dif
racţi
a d
e r
aze X
Ca(NO3)2·4H2O 0.1 M+ P2O5 0.03 Msau
C4H6CaO4 ·H2O 0.02 M + C6H15O4P 0.012 MCH3-CH2-OH in picaturi
Amestecare usoara
Formarea solului
SINTEZA SINTEZA SI CARACTERIZAREA SI CARACTERIZAREA HIDROXIAPATITEIHIDROXIAPATITEI (SOL(SOL--GEL)GEL)
Formarea gelului
Maturare 30 ore
Uscare 24 ore
Tratament termic 1000oC
Agitare 60 °C/90°C
NANOPULBERE DE HAp
300
0
1000
2000
20 40 60
y
yy y yyy
y y y
yyyy
yy
y
I(A
.U.)
y
b
15000
500
1000
1500
20 40 60 80
1 0 0 oC
y
yy
yyy
yy
y
y
yy
y
y
y
yy
y
I(A
.U.)
10 0 0 oC
b
SINTEZA SINTEZA SI CARACTERIZAREA SI CARACTERIZAREA HIDROXIAPATITEIHIDROXIAPATITEI (SOL(SOL--GEL)GEL)
Dif
racţi
a d
e r
aze X
Dif
racţi
a d
e r
aze X
Difractograma pulberii de hidroxiapatita obtinutaprin metoda sol-gel pornind de la azotat de calciusi pentaoxid de fosfora) Procesata la 1000C/24hb) Procesata la 10000C/24h
y: Ca10(PO4)6(OH)2 ○: Ca3(HP2O7)2
Difractograma pulberii de hidroxiapatita obtinutaprin metoda sol-gel pornind de la acetat de calciusi trietilfosfata) Procesata la 1000C/24hb) Procesata la 10000C/24h
y: Ca10(PO4)6(OH)2
20 40 6050
100
150
200
250
I(A
.U.)
2 theta/deg
a
20 40 60 800
500
1000
I(A
.U.)
2 th e ta /d eg
a
Dif
racţi
a d
e r
aze X
Dif
racţi
a d
e r
aze X
OBTINEREA NANOPULBERILOR PRIN OBTINEREA NANOPULBERILOR PRIN METODA PIROSOLMETODA PIROSOL
In
sta
lati
eIn
sta
lati
eIn
sta
lati
eIn
sta
lati
e
Material Precursorii utilizatiConcentratia
solutiilor precursoare
Temperatura de piroliza
Alumina AlCl3 0.1 M, 0.05 M
Precu
rso
ri
Precu
rso
ri
OBTINEREA NANOPULBERILOR PRIN OBTINEREA NANOPULBERILOR PRIN METODA PIROSOLMETODA PIROSOL
Alumina AlCl3 0.1 M, 0.05 M
400oCZircona ZrCl4+CaCl20.1M+0.018 M,0.05M+0.009 M
HAp CaCl2+(NH4)H2PO4
0.1M+0.06M,0.05M+0.03M
Precu
rso
ri
Precu
rso
ri
AlAl22OO33
AlClAlCl 33
AlClAlCl 330,1M0,1M
OBTINEREA NANOPULBERILOR PRIN OBTINEREA NANOPULBERILOR PRIN METODA PIROSOLMETODA PIROSOL
a) Procesata la 4000C/24hb) Procesata la 10000C/24h
a) Procesata la 4000C/24hb) Procesata la 10000C/24h
a: α - Al2O3
γ: γ - Al2O3
AlClAlCl 330,05M0,05Ma: α - Al2O3
γ: γ - Al2O3
a) Procesata la 4000C/24hb) Procesata la 10000C/24h
m: ZrO2 - m 200
2200
500
1000
15000 30 60
400oC
b
mmm
c,tc ,t
c,t
I(a.
u.)
1000oC c,t
cm m
a ZrOZrO22
ZrClZrCl 440,05M0,05M
ZrClZrCl 4 4 0,1M0,1MCaClCaCl22 0.18M0.18M
OBTINEREA NANOPULBERILOR PRIN OBTINEREA NANOPULBERILOR PRIN METODA PIROSOLMETODA PIROSOL
t: ZrO2 - tc: ZrO2 - c
a) Procesata la 4000C/24hb) Procesata la 10000C/24h
m: ZrO2 - mt: ZrO2 - tc: ZrO2 - c
0 30 60100
120
140
160
180
I(a.
u.)
2 the ta/deg
b
20 40 60 80
120
140
160
180
200
0
1000
2000
3000
20 40 60 80
I(a.
u.)
2 the ta /deg
400 oC
b
tm
c ,tc ,t
I(a.
u.)
1000oC c,t
m
a
0,05M0,05MCaClCaCl220.0.0909MM
• a) Procesata la 4000C/24hb) Procesata la 10000C/24h
2500
200
400
60020 40 60 80
h
h400oC
1000oC
h
hh
h
h
h
hh h
hh
I(a.
u)
a HApHAp
CaClCaCl22 0.1M0.1M+ +
CaClCaCl22 0.1M0.1M + + (NH(NH44)H)H22POPO44 0.06M0.06M
OBTINEREA NANOPULBERILOR PRIN OBTINEREA NANOPULBERILOR PRIN METODA PIROSOLMETODA PIROSOL
h: Ca10(PO4)6(OH)2
a) Procesata la 4000C/24hb) Procesata la 10000C/24h
h: Ca10(PO4)6(OH)2
20 40 60 80100
150
200
h
h
hhh
h
h
h
h
h
I(a.
u)
2 theta/deg
h
b
20 40 60
100
200
300
400
0
200
400
600
800
20 40 60
hh h
h
h h
h
h
h
h
h
I(a.
u)
2 theta/deg
400OC
h
b
h
hh h
hh
hh
h
I(a.
u)
1000OC
a
+ + (NH(NH44)H)H22POPO44
0.06M0.06M
PulberiPulberi calcinacalcinatte la 1000e la 1000°°C/2h C/2h obtinuteobtinuteprin prin metoda SOLmetoda SOL--GELGEL
Material Material sinterizatsinterizat
PrecursorPrecursorDimensiunea Dimensiunea
medie de medie de cristalit cristalit (nm)(nm)
CARACTERIZAREA NANOPULBERILORCARACTERIZAREA NANOPULBERILORD
imen
siu
nile d
e c
ris
talit
Sch
errer)
cristalit cristalit (nm)(nm)
AlAl22OO33
AlClAlCl33 0.1M0.1M 1111
CC99HH2121AlOAlO33 0.1M0.1M 33
ZrOZrO22
ZrClZrCl44 0.1M0.1M 77
CC1212HH2828OO44Zr Zr 0.025M0.025M 66
HApHApCa(NOCa(NO33))22·4H·4H22O O --1.67 M + P1.67 M + P22OO55 -- 0.5M0.5M 77
CC44HH66CaOCaO44 ·H·H22O O -- 0.02 M + C0.02 M + C66HH1515OO44P P -- 0.012 M0.012 M 77
Dim
en
siu
nile d
e c
ris
talit
(rela
tia D
eb
ye-S
ch
errer)
Material Material sinterizatsinterizat
PrecursorPrecursorDimensiunea Dimensiunea
medie de medie de cristalit cristalit (nm)(nm)
PulberiPulberi calcinacalcinatte la 1000e la 1000°°C/2h C/2h obtinuteobtinuteprin prin metoda metoda PIROSOLPIROSOL
Dim
en
siu
nile d
e c
ris
talit
Sch
errer)
CARACTERIZAREA NANOPULBERILORCARACTERIZAREA NANOPULBERILOR
cristalit cristalit (nm)(nm)
AlAl22OO33
AlClAlCl33 0.1M0.1M 33
AlClAlCl33 0.0.0505MM 22
ZrOZrO22
ZrClZrCl44 0.1M0.1M + + CaClCaCl22 0.18M0.18M 1616
ZrClZrCl44 0.0.0505MM + + CaClCaCl22 0.0.0909MM 1414
HApHApCaClCaCl2 2 0,1 M + (NH0,1 M + (NH44)H)H22POPO44 0,06M0,06M 1313
CaClCaCl2 2 0,05 M + (NH0,05 M + (NH44)H)H22POPO44 0,03M0,03M 99
Dim
en
siu
nile d
e c
ris
talit
(rela
tia D
eb
ye-S
ch
errer)
CARACTERIZAREA NANOPULBERILORCARACTERIZAREA NANOPULBERILOR
AlAl22OO33
PulberiPulberi calcinacalcinatte la 1000e la 1000°°C/2h C/2h obtinuteobtinuteprin prin metoda SOLmetoda SOL--GELGEL
TEM
/ H
RTEM
/ S
AED
AlClAlCl 33
TEM
/ H
RTEM
/ S
AED
CC99HH2121AlOAlO 330.1M0.1M
330,1M0,1M
CARACTERIZAREA NANOPULBERILORCARACTERIZAREA NANOPULBERILOR
PulberiPulberi calcinacalcinatte la 1000e la 1000°°C/2h C/2h obtinuteobtinuteprin prin metoda SOLmetoda SOL--GELGEL
TEM
/ H
RTEM
/ S
AED
ZrOZrO22
ZrClZrCl 0,1M0,1M
TEM
/ H
RTEM
/ S
AED
CC1212HH2828O4Zr O4Zr 0.025M0.025M
ZrClZrCl 4 4 0,1M0,1M
CARACTERIZAREA NANOPULBERILORCARACTERIZAREA NANOPULBERILOR
PulberiPulberi calcinacalcinatte la 1000e la 1000°°C/2h C/2h obtinuteobtinuteprin prin metoda SOLmetoda SOL--GELGEL
TEM
/ H
RTEM
/ S
AED
HApHAp
TEM
/ H
RTEM
/ S
AED
CC44HH66CaOCaO44·H·H22O O 0.02M + C0.02M + C66HH1515OO44P P
0.012 M0.012 M
Ca(NOCa(NO33))22·4H·4H22O O 1.67M + P1.67M + P22OO55 0.5M0.5M
CARACTERIZAREA NANOPULBERILORCARACTERIZAREA NANOPULBERILOR
AlAl22OO33
PulberiPulberi calcinacalcinatte la e la 440000°°C/2h C/2h obtinuteobtinuteprin prin metoda metoda PIROSOLPIROSOL
TEM
/ H
RTEM
/ S
AED
TEM
/ H
RTEM
/ S
AED
CARACTERIZAREA NANOPULBERILORCARACTERIZAREA NANOPULBERILOR
AlAl22OO33
PulberiPulberi calcinacalcinatte la 1000e la 1000°°C/2h C/2h obtinuteobtinuteprin prin metoda metoda PIROSOLPIROSOL
TEM
/ H
RTEM
/ S
AED
AlClAlCl 33
TEM
/ H
RTEM
/ S
AED
AlClAlCl 330,05M0,05M
330,1M0,1M
CARACTERIZAREA NANOPULBERILORCARACTERIZAREA NANOPULBERILOR
PulberiPulberi calcinacalcinatte la 1000e la 1000°°C/2h C/2h obtinuteobtinuteprin prin metoda metoda PIROSOLPIROSOL
TEM
/ H
RTEM
/ S
AED
ZrOZrO22
ZrClZrCl 4 4 0,1M0,1M
TEM
/ H
RTEM
/ S
AED
ZrClZrCl 4 4 0,05M0,05MCaClCaCl22 0.18M0.18M
4 4 CaClCaCl22 0.18M0.18M
CARACTERIZAREA NANOPULBERILORCARACTERIZAREA NANOPULBERILOR
PulberiPulberi calcinacalcinatte la 1000e la 1000°°C/2h C/2h obtinuteobtinuteprin prin metoda metoda PIROSOLPIROSOL
TEM
/ H
RTEM
/ S
AED
HApHAp
TEM
/ H
RTEM
/ S
AED
CaClCaCl22 0.1M0.1M + + (NH(NH44)H)H22POPO44 0.06M0.06M
CaClCaCl22 0.1M0.1M + + (NH(NH44)H)H22POPO44 0.06M0.06M
OBTINEREA OBTINEREA COMPOZITELOR DIN COMPOZITELOR DIN
NANOPULBERINANOPULBERINANOPULBERINANOPULBERI
Nanopulberi Nanopulberi AlAl 22OO3 3 ZrO2 ZrO2 HApHAp
Fasonare Fasonare –– presare presare uniaxiala uniaxiala (190MPa)(190MPa)ΦΦxh=8x3 mmxh=8x3 mm 22; ; ΦΦxh=8x8 mmxh=8x8 mm 22
OBTINEREA COMPOZITELOR DIN OBTINEREA COMPOZITELOR DIN NANOPULBERINANOPULBERI
Tratament termicTratament termic de sinterizare:de sinterizare:12001200ooCC; ; 14001400ooCC; ; 16001600ooCC / 2 ore / racire lenta/ 2 ore / racire lenta
CaracterizareCaracterizare fazala si microstructurala:fazala si microstructurala:XRD, SEM, TEMXRD, SEM, TEM
ProprProprietati ietati ceramiceceramice sisi mecanicemecanice
Proprietati biologiceProprietati biologice
Proba Metoda de sinteza Al2O3 [%gr.] ZrO2 [%gr.] HAp [%gr.]
I
SOL -GEL
60 3010
II 30 60
III 50 2525
IV 50
OBTINEREA COMPOZITELOR DIN OBTINEREA COMPOZITELOR DIN NANOPULBERINANOPULBERI
25IV
2550
V 25 50
I’
PIROSOL
60 3010
II’ 30 60
III’ 50 2525
IV’25
50
V’ 25 50
600
800
1000
12000
500
1000
1500
200
400
600
0 20 40 60 80
h αα
m
m
m
ααα
α
α
I(a.
u.)
1200oC α
h
at
tt
mcpcp cpcp α
αm
m
m
ααα
αα α
I(a.
u.)
1400oC b
czcp
czm
mcp
cpcp
cp
cpαα
m
m
m
ααα
ααα
I(a.
u.)
1600oC c
cp
500
1000
1500
2000
200
400
600
8000 20 40 60 80
cpcpcp
cpcz
h
m
m
ααα
α
α
α
I(a.
u.)
1400oCcz b
tt
t
cpcpcpcp
cp
cp
tα
cz
cz
m
m
α
α
αα
α
I(a.
u.)
1600oC c
t
t
0
500
1000
150020 40 60 80
m1400oC
cpcp
cp
cp
mαα m
cz
α ααt
tm
m
m
I(a.
u)
1600oC
αcz
c
t
2000
20 40 60 80
c,t
1600oCc
c,t
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
DRXDRX
MMetoda etoda SOLSOL--GELGEL
0 20 40 60 800
200
400h
h hhhh
αm
I(a.
u.)
2theta/deg
0 20 40 60 800
200
400
600
800
1000
12000
500
hh
h
hh
m
m
αα
α
α
α
αα I(a.
u.)
2theta/deg
1200oC
h
at
t
t
cpcpcpcp
αα
α
20 40 60 800
200
400
600
800
1000
100
200
300
400
m ααhhhh
hα
αα
αα
mm
m1200oC
I(a.
u)
2 theta/deg
ma
ht
cpcp
cp
mα
α
αm
mcz
cz
α
α
αα αtt
m
mm
I(a.
u)
1400oC b
cpt
20 40 60 800
200
400
600
0
200
400
600
0
1000
hhh
hhα α
m
m c,tc,t
I(a.
u.)
2 theta/deg
1200oC c,t
mαh
a
α cpcpcpcp αα czα α
α
m
m
m
c,t
c,t
I(a.
u.)
1400oC
cz
b
cp
c,t
cpcpcp
cp
m
αcz
α ααm
I(a.
u.) c,t
c,t
20 40 60
100
200
300
4000
100
200
300
400
500-500
0
500
1000
1500
200020 40 60
m
m
cp
α
α
α
hh
hh
t,ct,c
I(a.
u.)
2 theta/deg
1200oC
t,chα
cp
m
m
m
cpcp
cp
cp cz
czα
αα
α
t,c
t,ct,c
I(a.
u.)
1400 oC
cpcpcp
cpcpcp czcz αα
αα
t,c
t,ct,c
I(a.
u.)
1600 oC
II
IIII
IIIIII
IVIV
VV
1000
20000
200
400
600
8000
500
1000
1500
20000 30 60
I(a.
u.)
1200oC
m ααα
a
I(a.
u.)
1400oC
m
m
m
m
α
α
α
α αcp
cz
α
cpmαcz α
b
I(a.
u.)
1600oC
m
m
m
m
α
α
α
αα
cpcz
α
cpm
αcz α
c
1000
2000
0
1000
2000
30000 20 40 60 80
cpcpcp m
m
czcz m
α α
ααα
α
αα
m
m
I(a.
u.)
1400oCb
cp cpcpmm czcz
mα α
ααα
α
αα
m
m
I(a.
u.)
1600oCc
300
4000
200
400
600
800
1000
1200
20 40 60 80
mcz
m1400oC b
cpcp
cp
cp
αα
cz
czα α
αα
α
m
mm
c
cc
I(a.
u.)
1600oC c
1000
2000
300020 40 60 80
cpcp cpczααα
t,c
t,ct,c
I(a.
u.)
1600oC
t,c
c
300020 40 60
t,c1600oC
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
DRXDRX
MMetoda etoda PIROSOLPIROSOL
0 30 600
αα
I(a.
u.)
2 theta/deg
mα
αα
cp cz
α
cpm
αcz
0 20 40 60 800
500
1000
1500
2000
2500
0
cp cpmmcz
m
αα
αα
α
α
α
α
m
m
I(a.
u.)
2theta/deg
1200oC
cz
a
cp
cz
20 40 60 80
100
200
300
100
200
h hh h
m
ααα cz
α αα
αα
m
m
t
t
I(a.
u.)
2 theta/deg
1200oC
t
αcz a
h
cpcp
cpαcz
α αα czα α ααα
m
ttt I(
a.u.
)
cp
20 40 60 800
200
400
600
800
1000
1200
100
200
300
400
0
cpcpcp
cp
mα αtm m
m
t.c
t,c
I(a.
u.)
2 theta/deg
1200oC t,c
α
a
cp
m
cpmα
mczα
α
t,cmm
m
t,c
t,ct,c
I(a.
u.)
1400oC m b
cp α
20 40 6050
100
150
200
250
300
100
200
300
0
1000
2000
cp
cpcph hh
hhα
m αα
mm
m
t,c
I(a.
u.)
2 theta/deg
1200oC
m
αh
cp
t,c
αcp
cpcp cp
cp α
mα
α
α
cz mm
m
mm
t,cI(a.
u.)
1400oCcz t,c
cp cpcp α αααα
α
t,ccz
t,c
t,c
t,c
I(a.
u.)
1600 C
II’’
IIII’’
IIIIII’’
IVIV’’
VV’’
TTSinterizareSinterizare == 16001600°°CC
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
SEMSEM
MMetoda etoda SOLSOL--GELGEL
II
IIII
IIIIII
IVIV
VV
TTSinterizare Sinterizare == 16001600°°CC
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
SEMSEM
MMetoda etoda PIROSOLPIROSOL
II’’
IIII’’
IIIIII’’
IVIV’’
VV’’
400
500
600
Rc
(MP
a)
400
500
600
Rc
(MP
a)
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
RcRc
III
IIIIV
V
1200°C
1400°C
1600°C0
100
200
300
Rc
(MP
a)
I’II’
III’IV’
V’
1200°C
1400°C
1600°C0
100
200
300
Rc
(MP
a)
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
BiocompatibilateBiocompatibilate
Să nu fie toxic
Să nu provoace efecte alergice, cancerigene, teratogene
MATERIAL MATERIAL BIOCOMPATIBILBIOCOMPATIBIL
Să nu provoace fenomene de respingere de către organism
Să nu modifice compozitia sângelui si să nu perturbe mecanismul coagulării (să fie hemocompatibil)
Să nu modifice pH-ul biologic
Să nu provoace sedimentări în tesuturi si biodegradări
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
BiocompatibilateBiocompatibilateTestarea in vitro
SBF
Probe cilindrice ���� cantarite, sterilizate si imersate in SBF (Kokubo)
MMetoda etoda SOLSOL--GELGEL MMetoda PIROSOLetoda PIROSOL
7 7,2 7,4 7,6 7,8 8 8,2 8,4 8,6 8,8
I’
II’
III’
IV’
V’
Pro
ba
pH
↓↓↓↓Proba martor
7 7,2 7,4 7,6 7,8 8 8,2 8,4 8,6 8,8
I
II
III
IV
V
Pro
ba
pH
1600°C
1400°C
1200°C
↓↓↓↓Proba martor
Evolutia pH-ului dupa mentinerea in SBF, timp de 40 de zile a probelor
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
BiocompatibilateBiocompatibilate
MMetoda etoda SOLSOL--GELGEL MMetoda PIROSOLetoda PIROSOL
V1600°C
1400°C V’
1600°C
1400°C
Testarea in vitroSBF
Concentratia Ca2+ dupa mentinerea in SBF, timp de 40 de zile a probelor
0 0,5 1 1,5 2 2,5
I
II
III
IV
Pro
ba
[Ca 2+]
1400°C
1200°C
↓↓↓↓Proba martor
0 0,5 1 1,5 2 2,5
I’
II’
III’
IV’
V’
Pro
ba
[Ca 2+]
1400°C
1200°C
↓↓↓↓Proba martor
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
BiocompatibilateBiocompatibilateTestarea in vitroCELULE hFOB
PROTOCOL:PROTOCOL:��SS--au utilizat linia celulara de osteoblaste umane hFOBau utilizat linia celulara de osteoblaste umane hFO B��CeluleleCelulele suntsunt congelatecongelate inin azotazot lichidlichid lala --8080 ooC,C, sese decongeleaz ădecongeleaz ă rapidrapid lala 3737 °°CC şişi
suspensiasuspensia dede celulecelule esteeste trecut ătrecut ă înîn tuburituburi dede centrifug ăcentrifug ă cece con ţincon ţin 55 mlml mediumediu DMEMDMEM ++FF1212 cucu 1010%% serser fetalfetal .. SeSe centrifugheaz ăcentrifugheaz ă 1010 minmin .. lala 15001500 rpmrpm iariar sedimentulsedimentul dede celulecelule seseFF1212 cucu 1010%% serser fetalfetal .. SeSe centrifugheaz ăcentrifugheaz ă 1010 minmin .. lala 15001500 rpmrpm iariar sedimentulsedimentul dede celulecelule sesereiareia întrîntr--unun volumvolum dede mediumediu şişi sese distribuiedistribuie înîn flaskuriflaskuri dede 7575cmcm 22..
��CulturileCulturile auau fostfost incubateincubate înîn atmosfer ăatmosfer ă umedă,umedă, cucu COCO 22 55%%,, lala 3434ºCºC.. Solu ţiaSolu ţia final ăfinal ăprezint ăprezint ă unun pHpH == 77,,22 –– 77,,44.. MediulMediul celulelorcelulelor dindin culturacultura sese schimbaschimba lala 22--33 zilezile.. CeluleCelule sesemultiplicamultiplica prinprin pasarepasare prinprin procesulprocesul dede tripsinizaretripsinizare..
�� Insămân ţareaInsămân ţarea celulelorcelulelor ss--aa facutfacut înîn placaplaca cucu 2424 dede godeurigodeuri lala oo densitatedensitate dede 55 xx 104104celule/godeucelule/godeu inin prezentaprezenta pieselorpieselor dede cercetatcercetat;; inin fiecarefiecare godeugodeu ss--aa puspus 11 mLmL dedesuspensiesuspensie celularacelulara..
�� IncubareIncubare 2424h/h/3434 ooC,C, 55%%COCO22 pentrupentru aderareaaderarea celulelorcelulelor;;��ObservareObservare lala microscopmicroscop sisi pozareapozarea fiecaruifiecarui godeugodeu..
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
BiocompatibilateBiocompatibilateTestarea in vitroCELULE hFOB Proba martorProba martor
MMetoda etoda SOLSOL--GELGEL
ProbaProba V dupa 24 de ore de incubare in mediu de cultu raV dupa 24 de ore de incubare in mediu de cultura..
12001200°°CC 14001400°°CC 16001600°°CC
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
BiocompatibilateBiocompatibilateTestarea in vitroCELULE hFOB Proba martorProba martor
MMetoda PIROSOLetoda PIROSOL
ProbaProba VV’’ dupa 24 de ore de incubare in mediu de cul turadupa 24 de ore de incubare in mediu de cultura..
12001200°°CC 14001400°°CC 16001600°°CC
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
BiocompatibilateBiocompatibilateTestarea in vitro
Testul MTT
PROTOCOLPROTOCOL��MetodaMetoda colorimetriccolorimetricaa dede evaluareevaluare aa
proliferariiproliferarii celularecelulare��PPermiteermite apreciereaaprecierea prolifer ării,prolifer ării, viabilit ăţiiviabilit ăţii şişi
citotoxicit ăţiicitotoxicit ăţii celularecelulare �������� reducereareducerea uneiunei 1,365
1,37
citotoxicit ăţiicitotoxicit ăţii celularecelulare �������� reducereareducerea uneiuneisărisări dede tetrazoliutetrazoliu galbenegalbene MTTMTT (bromur ă(bromur ă dede33--[[44,,55dimetiltiazolil)dimetiltiazolil)--22,,55--difeniltetrazoliu)difeniltetrazoliu) lalaunun formazanformazan dede culoareculoare albastrualbastru--închisînchis..ReducereaReducerea realizat ărealizat ă dede enzimeenzimemitocondrialemitocondriale (în(în specialspecial succinatsuccinatdehidrogenaza)dehidrogenaza) sisi esteeste unun indiceindice alalintegrit ăţiiintegrit ăţii celulare/mitocondrialecelulare/mitocondriale..
��DensitateaDensitatea optic ăoptic ă aa formazanuluiformazanuluisolubilizatsolubilizat esteeste evaluat ăevaluat ă spectrofotometric,spectrofotometric,ob ţinânduob ţinându--sese oo func ţiefunc ţie absorban ţăabsorban ţă --concentra ţieconcentra ţie colorantcolorant -- num ărnumăr dede celuleceluleactiveactive metabolicmetabolic dindin cultur ăcultur ă..
1,35
1,355
1,36
1,365
DO
595
nm
V /1200°C
V /1400°C
V /1600°C
V' /1200°C
V' /1400°C
V' /1600°C
Compozit
→→→→Proba martor
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
BiocompatibilateBiocompatibilateTestarea in vivo
PROTOCOLPROTOCOL�� SeSe analizeazaanalizeaza reactiareactia tesutuluitesutului osos,osos, dindin juruljurul implantelor,implantelor, inin urmaurma implantariiimplantarii ceramicilorceramicilor
sinterizate,sinterizate, inin tesutultesutul osososos craniancranian (zona(zona parietala)parietala) alal unorunor sobolanisobolani dindin rasarasa WistarWistar..�� ProbeProbe cilindricecilindrice dede aproximativaproximativ 55 mmmm diametrudiametru sisi 11 mmmm inaltimeinaltime sisi tratatetratate termictermic lala 12001200°°CC,,
14001400°°CC sisi 16001600°°CC..14001400°°CC sisi 16001600°°CC..�� InainteInainte dede implantare,implantare, acesteaacestea auau fostfost sterilizate,sterilizate, intrintr--oo hotahota echipataechipata cucu lampalampa UV,UV, timptimp dede
3030 minuteminute..�� AnimaleleAnimalele dede experientaexperienta auau fostfost anesteziateanesteziate folosindfolosind 11 mlml solutiesolutie 22%% lidocaina/adrenalinalidocaina/adrenalina..
DupaDupa efectuareaefectuarea unorunor inciziiincizii dede formaforma rotunda,rotunda, cucu ajutorulajutorul unuiunui burghiu,burghiu, ceramicileceramicile pregatitepregatiteauau fostfost fixatefixate inin zonelezonele frontalefrontale aleale craniilorcraniilor acestoracestor animale,animale, iariar pieleapielea aa fostfost reunitareunita cucu ataatachirurgicalachirurgicala..
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
BiocompatibilateBiocompatibilateTestarea in vivo
Proba I’, la 15 zile de la implantareProba I’, la 15 zile de la implantare
Proba V (solProba V (sol--gel, gel, 12001200°°C) la 45 zile de la C) la 45 zile de la
implantareimplantare
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
BiocompatibilateBiocompatibilateTestarea in vivo
implantareimplantare
Imagine EDX:Imagine EDX:C, O, Al, P, Ca, Zr C, O, Al, P, Ca, Zr
Microzona de interactie Microzona de interactie intre os si materialul intre os si materialul
compozit V compozit V (sol(sol--gel, 1200gel, 1200°°C)C)
Proba V (solProba V (sol--gel, gel, 14001400°°C) la 45 zile de la C) la 45 zile de la
implantareimplantare
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
BiocompatibilateBiocompatibilateTestarea in vivo
implantareimplantare
Imagine EDX:Imagine EDX:C, O, Al, P, Ca, Zr C, O, Al, P, Ca, Zr
Microzona de interactie Microzona de interactie intre os si materialul intre os si materialul
compozit V compozit V (sol(sol--gel, 1400gel, 1400°°C)C)
Proba V (solProba V (sol--gel, gel, 16001600°°C) la 45 zile de la C) la 45 zile de la
implantareimplantare
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
BiocompatibilateBiocompatibilateTestarea in vivo
implantareimplantare
Imagine EDX:Imagine EDX:C, O, Al, P, Ca, Zr C, O, Al, P, Ca, Zr
Microzona de interactie Microzona de interactie intre os si materialul intre os si materialul
compozit V compozit V (sol(sol--gel, 1600gel, 1600°°C)C)
Proba V (pirosol, Proba V (pirosol, 12001200°°C) la 45 zile de la C) la 45 zile de la
implantareimplantare
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
BiocompatibilateBiocompatibilateTestarea in vivo
implantareimplantare
Imagine EDX:Imagine EDX:C, O, Al, P, Ca, Zr C, O, Al, P, Ca, Zr
Microzona de interactie Microzona de interactie intre os si materialul intre os si materialul
compozit V compozit V (pirosol, 1200(pirosol, 1200 °°C)C)
Proba V (pirosol, Proba V (pirosol, 14001400°°C) la 45 zile de la C) la 45 zile de la
implantareimplantare
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
BiocompatibilateBiocompatibilateTestarea in vivo
implantareimplantare
Imagine EDX:Imagine EDX:C, O, Al, P, Ca, Zr C, O, Al, P, Ca, Zr
Microzona de interactie Microzona de interactie intre os si materialul intre os si materialul
compozit V compozit V (pirosol, 1400(pirosol, 1400 °°C)C)
Proba V (pirosol, Proba V (pirosol, 16001600°°C) la 45 zile de la C) la 45 zile de la
implantareimplantare
CARACTERIZAREA COMPOZITELORCARACTERIZAREA COMPOZITELOR
BiocompatibilateBiocompatibilateTestarea in vivo
implantareimplantare
Imagine EDX:Imagine EDX:C, O, Al, P, Ca, Zr C, O, Al, P, Ca, Zr
Microzona de interactie Microzona de interactie intre os si materialul intre os si materialul
compozit V compozit V (pirosol, 1600(pirosol, 1600 °°C)C)
POSIBILE APLICATII ALE POSIBILE APLICATII ALE COMPOZITELOR AlCOMPOZITELOR Al22OO33--ZrOZrO22--HApHAp
Material de reparatie pentru osoase deteriorate sau boli(umplere după rezectia tumorilor osoase, inlocuiri de spatii osoase)
Repararea si fuziune a vertebrelor, repararea hernie i de disc
Defecte de reparatii de maxilo-faciala si dentara, coroane dentare
Implanturi ortopedice� Proteze de sold� Proteze de genunchi� Suruburi si placi osoase� Cupe acetabulare in inlocuirea totala a soldului
••NanopulberileNanopulberile dede aluminaalumina,, zirconazircona sisi hidroxiapatitahidroxiapatita auau fostfostsintetizatesintetizate prinprin douadoua ruterute:: solsol--gelgel sisi pirosolpirosol sisi caracterizatecaracterizatecomplexcomplex (DRX,(DRX, SEMSEM sisi TEM)TEM);;
•• SS--auau sinterizatsinterizat materialemateriale compozitecompozite cucu functiefunctie dede utilizareutilizare ininimplanturiimplanturi osoaseosoase;;
••CompoziteleCompozitele sinterizatesinterizate auau fostfost caracterizatecaracterizate compozitionalcompozitional(DRX),(DRX), morfologicmorfologic (SEM,(SEM, EDX)EDX) sisi lili ss--aa determinatdeterminat proprietatileproprietatile
CONCLUZII GENERALECONCLUZII GENERALE
(DRX),(DRX), morfologicmorfologic (SEM,(SEM, EDX)EDX) sisi lili ss--aa determinatdeterminat proprietatileproprietatileceramiceceramice sisi mecanicemecanice;;
••CompoziteleCompozitele cucu proprietatiproprietati comparativecomparative cucu celecele aleale tesutuluitesutuluiosososos auau fostfost evaluateevaluate inin ceeaceea cece privestepriveste biocompatibilitateabiocompatibilitatea sisicapacitateacapacitatea dede aa sese legalega dede tesutultesutul viuviu;;
•• InvestigatiileInvestigatiile inin vitrovitro sisi inin vivovivo dovedescdovedesc biocompatibilitatebiocompatibilitate sisicapacitateacapacitatea dede aa sese legalega dede tesutultesutul viuviu.. NuNu auau fostfost observateobservatereactiireactii tisularetisulare anormaleanormale lala locurilelocurile dede implantareimplantare sisi nicinici ininmaselemasele muscularemusculare dindin proximitateaproximitatea implanturilor!implanturilor!;;
StudiuStudiull inin vitrovitro,, precumprecum sisi testareatestarea inin prezentaprezenta mediuluimediului dedeculturacultura cucu fibroblastefibroblaste fetalefetale umaneumane,, concludconclud caca materialelematerialelecompozitecompozite pepe bazabaza dede alumina,alumina, zirconazircona sisi hidroxiapatitahidroxiapatitasinterizatesinterizate lala temperaturatemperatura dede 14001400ooCC sisi 16001600ooCC prezintaprezinta oo bunabunabiocompatibilitatebiocompatibilitate fatafata dede celecele sinterizatesinterizate lala 12001200ooCC;;
StudiileStudiile dede citotoxicitatecitotoxicitate auau doveditdovedit caca materialelematerialele sinterizatesinterizatelala temperaturitemperaturi dede 14001400ooCC sisi 16001600ooCC auau fostfost nontoxicenontoxice sisi
CONCLUZII GENERALECONCLUZII GENERALE
lala temperaturitemperaturi dede 14001400ooCC sisi 16001600ooCC auau fostfost nontoxicenontoxice sisibiocompatibilebiocompatibile;;
ToateToate studiistudiilele dede biocompatibiliatebiocompatibiliate indicaindica faptulfaptul caca acestacesteeimplantimplanturiuri compozitcompozitee pepe bazabaza dede alumina,alumina, zirconazircona sisihidroxiapatitahidroxiapatita arar puteaputea fifi folositfolositee eficienteficient pentrupentru utilizareautilizarea ininmedicinamedicina reparatoriereparatorie..
DISEMINAREA REZULTATELORDISEMINAREA REZULTATELORArticoleArticole cotatecotate ISIISI• R. Rogojan, E. Andronescu, I. Iliescu, R. Trusca, B. Ş. Vasile, Sinteza si caracterizarea nano-pulberii de zircon ă
stabilizat ă cu oxid de calciu, obtinut ă prin metoda sol-gel/Synthesis and characterization of cal cia stabilizedzirconia nano-powder, obtained by sol-gel method, Revista R omana de materiale/Romanian Journal of Materials,41(3), 240-247, (2011);
• R. Rogojan, E. Andronescu, C. Ghitulica, M. Birsan, G. Voicu, S. Stoleriu, A. Melinescu, A. Ianculescu, Analysisof the structure and morphology of hydroxyapatite nanopowd er obtained by sol-gel and pirosol methods,Advanced Materials Research Vol. 590 (2012) pp 63-67, Onlin e available since 2012/Nov/12 at www.scientific.net© Trans Tech Publications, Switzerland doi:10.4028/www.sc ientific.net/AMR.590.63, (2012);
• R. Rogojan, E. Andronescu, G. Voicu, B.S. Vasile, Nanoalumina obtained by pyrosol method, Materials Scienc e-Poland, 30(4), 2012, pp. 368-374, http://www.materialssc ience.pwr.wroc.pl/DOI:10.2478/s13536-012-0045-9,(2012);
ArticoleArticole cotatecotate BDIBDIArticoleArticole cotatecotate BDIBDI• R. Rogojan, E. Andronescu, C. Ghiţulică, B. Ş. Vasile, Synthesis And Characterization Of Alumina Nano-Powder
Obtained By Sol-Gel Method, U.P.B. Sci. Bull., Series B, Vol . 73, Iss. 2, ISSN 1454-2331, (2011);• R. Rogojan, E. Andronescu, M. C. Munteanu, M. Radu, F. G. Gaina, R. Trusca, Preliminary biocompatibility and
bioactivity properties of alumina-zirconia-hydroxyapati te composite, Asian Journal of Experimental, BiologicalScience, Society of Applied Sciences, ISSN 0975- 5845, (201 2);
SimpozioaneSimpozioane sisi conferinteconferinte• R. Rogojan, E. Andronescu, H. Mihai, I. Georgescu, Biomateriale pentru reconstructia osteoarticular ă,
Comunicari II - C49, AL 29-lea Congres National de Medicin ă-Fizică si Recuperare, Poiana Brasov, 01-04Noiembrie, 2006, p. 60;
• R. Rogojan, Andronescu E., Iliescu I., Hoteteu M., Simionca I., Implanturi ceramice nanocompozite pentruproteze de şold. A X-A CONFERINTA NATIONALA DE BALNEOLOGIE (cu particip are internationala), Sovata,Session III, 10-12.05.2012
• R. Rogojan, E. Andronescu, G. Voicu, C. Ghitulica, M. Hoteteu, In Vivo Testing Of Al-Zr-Hap CeramicNanocomposites, Scientific programm of “The XIVth Internat ional Symposium of Speleotherapy” (XIV th ISS), pcs/ cps – uis, Turda, Romania, October 3, 2012,
Multumesc pentru atentie!Multumesc pentru atentie!Multumesc pentru atentie!Multumesc pentru atentie!