نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه بیومواد، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 استاد، گروه بیومواد، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 استادیار، گروه سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی

10.22041/ijbme.2008.13414

چکیده

سیمان های کلسیم فسفاتی از جمله سرامیک های کلسیم فسفاتی با قابلیت شکل دهی هستند که به طور وسیعی برای بازسازی آسیبهای بافت سخت مورد استفاده قرار می گیرند اما متاسفانه استحکام مکانیکی کم این دسته از مواد باعث شده است که کاربرد آنها تنها به مکان های بدون تنش مانند جمجمه محدود شود. در این تحقیق خواص مکانیکی و برخی از خواص ساختاری سیمان کلسیم فسفاتی تقویت شده با الیاف شیشه ای ارزیابی شد. استحکام فشاری، زمان گیرش، ترکیب فازی و ریزساختار سیمان کامپوزیتی از جمله مواردی بودند که با روش های مناسب مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که زمان گیرش سیمان کلسیم فسفاتی با افزودن تنها 15% وزنی الیاف شیشه ای (به قطر حدودµm100) که به روش سل ژل تهیه شده بود، تغییر معناداری ندارد و این زمان حدود 20 دقیقه بود. استحکام فشاری سیمان فاقد الیافMPa 635.0  بود که با افزودن الیاف حدود 4 برابر (MPa 69.3) افزایش یافت. چقرمگی سیمان نیز از kJ/m 2098.0برای سیمان فاقد الیاف به kJ/m 2545.0 برای سیمان حاوی الیاف تغییر یافت. الگوی XRD نمونه های کامپوزیتی نگهداری شده در محلول رینگر نشان داد که مواد واکنشگر سیمان تقریبا به هیدروکسی آپاتیت تبدیل شده اند و از این نظر تفاوت چندانی با نمونه های فاقد الیاف ندارند. به طور کلی به نظر می رسد استفاده از الیاف شیشه ای تهیه شده به روش سل ژل توانسته است استحکام مکانیکی و چقرمگی سیمان کلسیم فسفات را به طور قابل توجهی افزایش دهد بدون آنکه بر روی خواص سیمان تاثیرگذار باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of Mechanical Properties of Fibrous Sol Gel Derived Bioglass/Calcium Phosphate Cement Composite

نویسندگان [English]

  • Nader Nezafati 1
  • Fathollah Moztarzadeh 2
  • Saeed Hesaraki 3
  • Nasim Nosoudi 1

1 M.Sc Student, Medical Engineering School, Amir Kabir University

2 Professor, Medical Engineering School, Amir Kabir University

3 Assistant Professor, Material Energy and Research Center (MERC)

چکیده [English]

Calcium phosphate cements are among the formable calcium phosphate cements which are widely used for reconstruction of hard tissue injuries. Unfortunately, due to low mechanical strength, the application of such materials is only limited to non-load bearing like skull. We have investigated some mechanical and characteristics of a calcium phosphate cement which was reinforced with glass fiber. Compressed strength, setting time, phase composition and microstructure of the composite cement were among the cases which were investigated using appropriate techniques. The results indicated that adding only 15 weight percent of glass fiber (with about 100µm diameter) which was prepared using sol-gel method, does not show any meaningful change in the setting time of calcium phosphate cement This period of time was estimated about 20 minutes. Compressed strength of the cements without any fibers was 0.635MPa which was increased by adding fiber to 3.69MPa.The toughness of the cement was changed from 0.098KJ/m2 for cement without any fibers to 0.545KJ/m2 cement containing fibers. The XRD pattern of the composite samples which were maintained in the Ringer's solution showed that the reactant materials of the cement have almost thoroughly converted to hydroxyapatite which in this case does not show much difference with the non-fiber samples. As a whole, it seems that using glass fiber prepared by sol-gel method can considerably increase mechanical strength and toughness of calcium phosphate. This occurs without any effect on the quality of the cement. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Glass fibers
  • Sol gel
  • Calcium phosphate cement
  • Hydroxyapatite
  • Toughness

[1]     نوجه‌دهیان هانیه، بررسی اثر یون فلوراید بر خواص سیمان فسفات کلسیم آپاتیتی، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1384.

[2]     Komath M. and Varma H. K., Medical Use of Calcium Phosphate Ceramics. Bulletin of Materials science 2003; 26:415.

[3]     Komath M. and Varma H. K., Injectable calcium phosphate cement for dental applications, Bulletin of Materials science 2000; 23:135.

[4]     Xu H.H.K. and Quinn J.B., Calcium phosphate cement containing resorbable fibers for short-term  reinforcement and macroporosity, Biomaterials 2002; 23: 193–202.

[5]     Link D.P., van den Dolder J., Jurgens W.J.F.M., Wolke J.G.C., Jansen J.A., Mechanical evaluation of implanted calcium phosphate cement incorporated with PLGA microparticles, Biomaterials 2006; 27: 4941–4947.

[6]     Link D.P., van den Dolder J., van den Beucken J.J., Wolke J.G., Mikos A.G., Jansen J.A., Bone response and mechanical strength of rabbit femoral defects filled with injectable CaP cements containing TGF-b1 loaded gelatin microparticles, Biomaterials 2008; 29: 675–682.

[7]     Peter S.J., Kim P., Yasko A.W., Yaszemski M.J., Mikos A.G., Crosslinking characteristics of an injectable poly(propylene fumarate)/b-tricalcium phosphate paste and mechanical properties of the crosslinked composite for use as a biodegradable bone cement, Journal of biomedical materials research, 1999; 44: 314-321.

[8]     Xia W., Chang J., Preparation and characterization of nano-bioactive-glasses (NBG) by a quick alkalimediated sol–gel method; Materials Letters 2007; 61:3251-3253.

[9]     Ore´fice R.L., Hench L.L., Clark A.E., Brennan A.B., Novel sol-gel bioactive fibers 2000: 468-474.

[10] Hesaraki S., Zamanian A., Moztarzadeh F., The influence of the acidic component of the gas- foaming porogen used in preparing an injectable porous calcium phosphate cement on its properties: Acetic acid versus citric acid, Journal of Biomedical Materials Research, Applied Biomaterials, 2007; 86 (Part B): 208 – 216.

[11] Hesaraki S., Moztarzadeh F., Solati-Hashjin M., Phase evaluation of an effervescent-added apatitic calcium phosphate bone cement, Journal of Biomedical Materials Research 2006; 79 (Part B): 203–209.