Bor katkılı hidroksiapatit üretimi ve karakterizasyonu: Bor oranı ve sinterleme sıcaklığının yapı ve mekanik özellikler üzerindeki etkisi

Bu çalışma kapsamında, hidroksiapatitin (HA'nın) yüksek biyouyumluluğu ile borun (B'nin) kemik oluşumunu hızlandırıcı etkisinin birleştirilmesi düşüncesinden yola çıkılarak asit-baz metodu ile B katkılı HA üretimi amaçlanmış olup; sentezleme aşamasında kullanılan farklı B oranlarının ve sinterleme aşamasında kullanılan farklı sinterleme sıcaklıklarının, faz oluşumu, faz kararlılığı, sinterlenebilirlik, yoğunlaşma ve mekanik özellikler (basma testi ve mikrosertlik) üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda "B katkılı HA" tozları üretilmiş olup; borun HA yapıya sinterleme sonrası dahil olduğu belirlenmiştir. Katkısız ve farklı oranlarda B katkısı kullanılarak sentezlenip pelet haline getirilen numunelerde, sinterleme sıcaklığı ile birlikte yoğunluk, mikrosertlik ve basma dayanımları değerlerinde artış olduğu belirlenmiş; sentezleme aşamasında kullanılan B oranındaki artış ile yoğunluk ve mikrosertlik değerlerinde azalma olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada elde edilen veriler; istenilen yoğunluk, sertlik ve basma dayanımına sahip B katkılı HA üretebilmek için kullanılabilecek B oranı ve sinterleme sıcaklığı hakkında bilgi vermektedir

Preparation and characterization of boron doped hydroxyapatite: Effects of boron content and sintering temperature on structure and mechanical properties

In the current study to combine the high biocompatibility of hydroxyapatite (HA) with the positive effect on bone formation of boron (B), production of B doped HA by using acid-base method was aimed. The effects of the B contents used in the synthesis stage and also the effects of the sintering temperatures on phase formation, phase stability, sinterability, densification and mechanical properties (compressive strength and microhardness) were investigated. The experimental results verified that B doped HA powders were obtained after sintering stage. It was determined that for the samples, synthesized using different B contents pressed into pellet form and then sintered consecutively, density, microhardness and compressive strength values increases with the sintering temperature. Increase in the B content used in the synthesis stage affects the mechanical properties negatively; as the B content increases from 0 wt.% to 2 wt.%, density and microhardness values of the samples decrease. Density, microhardness and compressive strength of the B doped HA samples can be controlled to a certain degree by adjusting the B content and/or sintering temperature.

___

  • Kweh S.W.K., Khor K.A., The production and characterization of hydroxyapatite (HA) powders, J. Mater. Process. Technol., 89-90 (1-3), 373-377, 1999.
  • Afshar A., Ghorbani M., Saeri M.R., Ehsani N., Sorrell C.C., Some important factors in the wet precipitation process of hydroxyapatite, Mater. Des., 24 (3), 197- 202, 2003.
  • Albayrak O., Altintas S., Production of "tricalcium phosphate/titanium dioxide" coating surface on titanium substrates, J. Mater. Sci. Technol., 26 (11), 1006-1010, 2010.
  • Kong L.B., Ma J., Boey F., Nanosized hydroxyapatite powders derived from coprecipitation process, J. Mater. Sci., 37 (6), 1131-1134, 2002.
  • Kumta P.N., Sfeir C., Lee D.H., Olton D., Choi D., Nanostructured calcium phosphates for biomedical applications: novel synthesis and characterization, Acta Biomater., 1 (1), 65-83, 2005.
  • Albayrak O., Oncel C., Tefek M., Altintas S., Effects of calcination on electrophoretic deposition of naturally derived and chemically synthesized hydroxyapatite, Reviews on Advanced Materials Science, 15, 10-15, 2007.
  • Nagai H., Nishimura Y., Hydroxyapatite, ceramic material and process for preparing thereof, Patent US Patent 4330514, 1980.
  • Evis Z., High temperature sintering of Cu+2 doped hydroxyapatites and microstructural investigation, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 24 (4), 569-573, 2009.
  • Ipekoglu M., Altintas S., Silver substituted nanosized calcium deficient hydroxyapatite, Materials Technology: Advanced Performance Materials, 25 (5), 295-301, 2010.
  • Cox S.C., Jamshidi P., Grover L.M., Mallick K.K., Preparation and characterization of nanophase Sr, Mg, and Zn substituted hydroxyapatite by aqueous precipitation, Mater. Sci. Eng., C, 35, 106-114, 2014.
  • Hakki S.S., Boron regulates mineralized tissue- associated proteins in osteoblasts, J. Trace Elem. Med. Biol., 24 (4), 243-250, 2010.
  • Barheine S., Hayakawa S., Jager C., Shirosaki Y., Osaka A., Effect of disordered structure of boron containing calcium phosphates on their in vitro biodegradability, J. Am. Ceram. Soc., 94 (8), 2656- 2662, 2011.
  • Ternane R., Cohen-Adad M.Th., Panczer G., Goutaduier C., Kbir-Ariguib N., Trabelsi-Ayedi M., Florian P., Massiot D., Introduction of boron in hydroxyapatite: characterization, J. Alloys Compd., 333 (1-2), 62-71, 2002
  • 14.Guler H., Solid state synthesis of calcium borohydroxyapatite, Solid State Sci., 13 (11), 1916-1920, 2011.
  • 15.Baykal A., Kizilyalli M., Bor ihtiva eden apatit yapıların sentezi ve karakterizasyonu, BAÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi,5 (1), 153-160, 2003.
  • 16.Ito A., Aoki H., Miura N., Otsuka R., Tsutsumi A., Flux growth and crystal structure of boron-containing apatite, J. Ceram. Soc. Jpn.,96 (1111), 305-309, 1988.
  • 17.Ito A., Aoki H., Miura N., Otsuka R., Tsutsumi A., Structure of borate groups in boron-containing apatite, J. Ceram. Soc. Jpn.,96 (1114), 707-709, 1988.
  • 18.Barheine S., Hayakawa S., Osaka A., Jaeger C., Surface, interface, and bulk structure of borate containing apatitic biomaterials, Chem. of Mater.,21 (14), 3102-3109, 2009.
  • 19.Yang C., Guo Y.K., Zhang M.L., Thermal decomposition and mechanical properties of hydroxyapatite ceramic, Trans. Nonferrous Met. Soc. China,20 (2), 254-258, 2010.
  • 20.Lahiri D., Boron nitride nanotube reinforced hydroxyapatite composite, J. Mech. Behav. Biomed. Mater.,4 (1), 44-56, 2011.
  • 21.Khoshsima S., A study on development of machinable calcium phosphate based bio-composites with zirconia, boron oxide and lanthanum oxide, MSc Thesis, Middle East Technical University, Graduate School of Natural and Applied Sciences, Ankara, 2015.
  • 22.Hayakawa S., Sakai A., Tsuru K., Osaka A., Fujii E., Kawabata K., Jager C., Preparation and characterization of boron containing hydroxyapatite, Key Eng. Mater.,361-363 (9), 191-194, 2008.
  • 23.Özzaman S., Evcin A., Ersoy B., Kavas T., Küçük A., Synthesis and characterization of boron containing hydroxyapatite bioceramics, Seres2014: III. Uluslararası Seramik Cam Emaye Sır ve Boya Kongresi, Eskişehir-Türkiye, 15-17 Ekim, 2014.
  • 24.Özzaman S., Borik asit katkılı hidroksiapatit üretimi ve karakterizasyonu, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Uygulama Raporu, Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü, Afyonkarahisar, 2012.
  • 25.Wei M., Ruys A.J., Milthorpe B.K., Sorrell C.C., Precipitation of hydroxyapatite nanoparticles: effects of precipitation method on electrophoretic deposition, J. Mater. Sci. -Mater. Med., 16 (4), 319-324, 2005.
  • 26.Albayrak O., Ipekoglu M., Mahmutyazicioglu N., Varmis M., Kaya E., Altintas S., Preparation and characterization of porous hydroxyapatite pellets: effects of calcination and sintering on the porous structure and mechanical properties, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials Design and Applications, doi: 10.1177/1464420715591859, 2015.
  • 27.Tahmasebifar A., Güngör S., Evis Z., The micro-structural investigation of nano-calcium phosphates doped with fluoride ions, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 30 (1), 1-7, 2015.
  • 28.Albayrak O., Structural and mechanical characterization of boron doped biphasic calcium phosphate produced by wet chemical method and subsequent thermal treatment, Mater. Charact., 113, 82-89, 2016.
Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-1884
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 1986
  • Yayıncı: Oğuzhan YILMAZ