Hidroksiapatit

Report
SOL – JEL YÖNTEMİYLE İDROKSİAPATİT ÜRETİMİ
Hidroksiapatit (HA) nedir ?
 Hidroksiapatit, dişlerin mine ve dentin tabakası




ve kemikte bulunan, kimyasal formülü
Ca10(PO4)6(OH)2 olan kalsiyum tuzudur.
Oksijenle tepkimeye girmediği için yanmaz.
Çelik burlarla veya zımparalamayla aşındırılamaz,
sadece elmas ile aşındırılabilir.
Esnekliği az, neredeyse tamamen kırılgandır.
Doğada elmastan sonra bilinen en sert malzemedir.
 Hidroksiapatit biyoaktif yapıda bir biyomalzemedir.
 Tatsız ve kokusuzdur.
 Organik çözücülerde çözünmez.
 Asit çözeltileri hariç inorganik çözeltilerdede
çözünmez.
 Hidroksil (OH¯) iyonu, hidroksiapatiti yapıtaşlarına
ayırabilir.
 Sonuç olarak hidroksiapatitin yapısını, mekanik
açıdan ancak elmas kimyasal açıdan ise kuvvetli asit
değiştirebilir.
Biyo malzeme olarak hidroksiapatit
 Kemik yapısının inorganik kısmını oluşturur.
 Kalsiyum fosfat esaslı olan HA, biyouyumluluğu
nedeniyle biyoseramik malzeme olarak ;
 yapay kemik olarak çeşitli protezlerin yapımında
 Kırık ve çatlak kemiklerin onarılmasında,
 Metalik biyomalzemelerin kaplanmasında kullanılır.
HA’ nın mekanik özellikleri
Elastisite modülü
4.0 – 117 (Gpa)
Baskı mukavemeti
294
(MPa)
Eğilme mukavemeti
147
(MPa)
sertlik
3.43 Vickers (GPa)
Poisson oranı
0.27
yoğunluk
3.16 (gr/cm³)
 HA’nın en onemli ozellikleri arasında mukemmel





biyolojik uyumluluğu onde gelir.
HA, sert dokularla direk kimyasal bağ kurar.
HA partikullerinin yada gozenekli blokların kemiğe
yerlestirilmesinde; yeni doku, 4–8 haftada şekillenir.
HA gozenekli yapısı; hucrelerin, gozeneklerin icine
doğru buyumesinden dolayı, dokuların implanta
nüfuz etmesini sağlar.
Ayrıca HA'nın yapısındaki gozenekler, bir kanallar
sistemi gibi davranıp, kemik yapıya kanın ve diğer
önemli vücut sıvılarının ulaşmasını sağlar.
HA’nın osteokonduktif ozellikleri de implantların
kemiğe sıkı yapısmasına ortam ve olanak sağlar
 Ayrıca HA’nın lokal buyume faktorlerine, ozellikle
kemik proteinlerine karsı kuvvetli kimyasal bağlanma
eğilimi olduğu saptanmıştır.
 HA non-toksik (zehir etkisi olmayan) [9] ozelliklere
sahip olması sayesinde meydana gelebilecek vucut
reaksiyonları da minimumdur.
Kemik yapısı
HA yapısı
Sol- jel yöntemiyle HA üretimi
Metaller ve alaşımları, yüksek mekanik özelliklerinden dolayı anatomik yapıların
yenilenmesinde kullanılmaktadır.
Ancak metalik implantların çoğunun insan vücudunda bozunması, klinik olarak
kullanılabilen metalleri, paslanmaz çelikler, kobalt-krom ve titanyum alaşımları ile
sınırlandırmıştır.
Bu metalik implantların vücut içindeki sürekliliği dinamik bir ortam olan yaşayan
hücrelere dokulara ve biyolojik sıvılarına maruz kaldıklarından oldukça önemlidir.
316L tipi paslanmaz çelikler korozyon direnci mekanik özellikleri ve düşük maliyetleri
bakımından ortopedik cerrahi alanında geniş bir kullanım alanına sahiptir.
Ancak klinik bulgular malzemenin insan vücudunda bölgesel korozyona uğrayıp
implant çevresindeki dokulara metal iyonları saldığını göstermiştir.
Metalik implantlarda yaşanan hasar olaylarından dolayı bu alaşımlarda biyouyumluluğa,
korozyona dirençli kaplamalara ve yüzey modifikasyonuna gereksinim duyulmaktadır
İmplant yüzeyinin direkt olarak kemikle temasta olması, gözenekli yüzey üzerine
kemik büyümesi (bone ingrowth), biyoaktif protez yüzeyi ile kemik arasında biyolojik
bağlanmanın gerçekleşmesi veya bu durumların kombinasyonunun gerçekleşmesi
çimentosuz ortopedik implant uygulamalarını başarılı hale getirmektedir Bu nedenle
1960’ların sonlarında, yük taşıyıcı implantlarda biyolojik bağlanma olgusu ile birlikte
hidroksiapatit [HA: Ca10(PO4)6(OH)2] ve CaP kaplamaların kullanımına gidilmiştir
Daha iyi mekanik özellikler gösteren malzemelerle birlikte kullanımı HA seramiklerin
kırılma tokluğu ve elastisite modülü dezavantajını ortadan kaldırarak, bunların daha
ağır yüklerin söz konusu olduğu uygulamalarda rahatça kullanılabilmesini sağlamıştır.
Bu nedenle hidroksiapatitin kaplama şeklinde üretilmesi avantaj sağlamaktadır
Sentetik olarak üretilen ve kemiğin ana inorganik bileşeni olan HA, yük taşıyan
implantın doğal kemik dokusuna sabitlenmesini iyileştirmek için biyoseramik bir
kaplama olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.
HA, kemiğin büyümesini ve implant ara yüzeyine bağlanmasını teşvik edip, implantın
sabitlenmesini hızlandırarak, bir yandan cerrahi işlem gören hastaların iyileşme
sürecini hızlandırırken diğer yandan vücut içindeki ömrünü ve dayanımını
geliştirmektedir.
Günümüzde HA kaplamaları implant yüzeyine uygulamada plazma püskürtme,
saçılma, elektrolitik çöktürme, lazer ve sol-jel kaplama teknikleri kullanılmaktadır
Sol-jel, vakum dışı kimyasal bir metot olup, atomik boyutta karışım sağladığı
için homojenlik artmaktadır. Çok yönlü bir yöntem olan sol-jel sıvı fazın (sol) katı
faza (jel) dönüşümünü içeren bir sistemdir.
Sol’un hazırlanmasında başlangıç kimyasalları olarak genellikle inorganik metal
tuzları veya organik metal bileşikleri kullanılır.
Sol-jel işleminde başlangıç kimyasalı hidroliz ve polimerizasyon işlemlerine
tabi tutularak, koloidal süspansiyon veya ‘sol’ elde edilir.
Altlık üzerine sol’un çöktürülmesi ve bunu takiben uygulanan kurutma ve ısıl
işlem ile nihai kaplama elde edilmiş olur.
Yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duyulmaması, özellikle kullanılan metal altlıklarda
mekanik bozunmaya ya da faz dönüşümüne neden olmaması sol-jel yönteminin
önemli bir avantajıdır.
Bu özelliklerinden dolayı çeşitli şekil ve büyüklükteki yüzeylere kolaylıkla
uygulanabilmektedir.
Bu nedenle sol-jel yöntemi, metal üzerinde uzun dönem kararlılığa sahip,
yüksek kalitede ince HAP filmlerin hazırlanmasında en esnek ve ticari açıdan
geleceği parlak bir teknik olarak düşünülmektedir.
Kaplamanın yapılışı; 316L implant kalite paslanmaz çelik numuneler
sırasıyla 240, 400, 800, 1000, 1200 ve 2400 kalite SiC zımparadan geçirildikten sonar 3
μm’ luk elmas pasta ile parlatılarak çiziksiz ayna parlaklığında yüzey elde edilmiştir.
Kaplama işleminden önce altlıklar asetonun içinde ultrasonik olarak temizlenmiştir.
Çözelti hazırlama aşamasında kalsiyum (Ca) başlangıç kimyasalı olarak kalsiyum
nitrat [Ca(NO3)2.4H2O], fosfor (P) başlangıç kimyasalı olarak trietilfosfit
[C6H15O3P], Ca/P molar oranı HAP’a ait stokiometri olan 1,67’yi sağlayacak
miktarlarda kullanıldı. Çözücü olarak saf su ile etanol kullanılmıştır. Trietilfosfitin saf
su içerisinde 24 saat boyunca sürekli karıştırılmak suretiyle hidrolize olması
sağlanmış, daha sonra bu çözeltiye etanolde çözülmüş 4M kalsiyum nitrat çözeltisi
titrasyon yöntemiyle ilave edilmiştir.
Elde edilen saydam karışım 20 dakika boyunca karıştırılmıştır. Daha sonra oda
ortamında statik olarak 24 saat boyunca yaşlandırma işlemine tabi tutulmuştur
Altlıkların çözeltiye daldırılması ile üzerine çözeltinin çöktürülmesi sağlanarak
kaplama işlemi gerçekleştirildikten sonra numuneler 80°C’de kurutma işlemine tabi
tutulmuştur.
Daha sonra bu numuneler kaplama morfolojisindeki değişiklikleri incelemek
amacıyla 400, 500 ve 600°C sıcaklıklarda ısıl işlemine tabi tutulmuştur. Kaplamaların
üretim akış şeması Şekil 1’de verilmektedir.
Şekil 1. Sol-jel yöntemiyle HAP kaplamaların üretim akış şeması
Tüm numuneler ısıl işlem sonrası fırın ortamında soğumaya bırakılmıştır. Üretilen
HA kaplamaların yüzey morfolojisini incelemede taramalı elektron mikroskobu
(SEM) kullanılmıştır. SEM ile birlikte çalışan EDS, kaplama yüzeyinin elementsel
dağılımı hakkında bilgi toplamak amacıyla kullanılmıştır.
Böylece elde edilen kaplamada HAP fazının karakteristik özelliği olan Ca/P=1,67
molar oranı (ağırlıkça Ca/P= 2,16) incelenmiştir.
TEŞEKKÜRLER
HAKAN ASLANHAN
1311100045

similar documents