Skip to main content
SUPERVISOR
Hossein Edris,Mohammad Hosein Fathi
حسين ادريس (استاد راهنما) محمدحسين فتحي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Shahnam
زهرا شهنام

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Preparation and Characterization of Hydroxyapatite-Forsterite Composite Nanopowder and Nanostructured Bulk for Oral Bone Defects Treatment
Ab stract Although hydroxyapatite nanopowder is very excellent for bone tralantation, the low fracture toughness has limited its use in orthopedics affairs specially under loading implants, therefore in composite form it uses more extensive. In comparison to other bioceramics such as bioactive glass, glass ceramic and hydroxyapatite, forsterite has higher mechanical properties. So we should expect hydroxyapatite-forsterite composite be useful in order to improve mechanichal and bioactive properties. The purpose of this study was fabrication and characterization of hydroxyapatite-forsterite composite nanopowder prepared by sol-gel method and nano-structured bulk by two step sintering process. In this research hydroxyapatite-forsterite composite nanopowder was produced via the sol-gel process. Then in order to create a compact and dense structure of composite hydroxyapatite-forsterite with nano-structured characteristics the two-step sintering method was occurred. The experiment was designed by Taguchi method and the secondary sintering temperature, primary and secondary sintering time were optimized with the help of Qualitek software. The effect of sintering temperature and time on bulk density, grain size, phase structure and mechanical properties were investigated. The x-ray diffraction (XRD), differential thermal analysis (DTA), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) techniques were used to characterize hydroxyapatite-forsterite composite nanopowder and dense nano-structured bulk of sintered nano-powder production. In order to evaluate the bioactivity properties of dense nano-structured bulk of sintered hydroxyapatite-forsterite composite fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM) were used. The scanning electron microscope (SEM) was used in order to assess the morphology of cells cultured on the surface of nano-structured bulk sintered. The results showed that particle size of hydroxyapatite-forsterite composite nanopowder was about 30 nm. Grain size of dense nano-structured bulk via a two-step sintering method was about 20 to 50 nm. The highest bulk density was obtained in the initial temperature of 1200°C, secondary temperature 1100°C, initial sintering time 5min and a second sintering time 25h. During immersion of nano-structured bulk sintered of hydroxyapatite-forsterite composite nanopowder in simulated body fluid, apatite layer was formed, so it can be concluded that it had a good bioactivity. Cell culture test results indicated the effect of nontoxicity of hydroxyapatite-forsterite composite nanopowder on the cells. Cell adhesion test results cells growth and attached to themselves and spread on the surface of nanostructured bulk sintered. Bulk density of sintered by two-step sintering method under optimal conditions, was 94% of theoretical density. Fracture toughness of dense nanostructured bulk sintered of hydroxyapatite-forsterite composite nano powder was higher than fracture toughness of hydroxyapatite. Keywords : Nanocomposite, Hydroxyapatite-Forsterite, Sol-gel, Two step sintering, nano-structured bulk
چکيده اگرچه هيدروکسي آپاتيت نانومتري ماده بسيار عالي براي پيوند استخوان است ولي چقرمگي شکست پايين آن، استفاده از آن را در کارهاي ارتوپدي و به خصوص کاشتني هاي تحت بار محدود کرده است. به همين دليل کامپوزيت سازي، کاربرد آن را وسيع تر مي کند. فورستريت در مقايسه با ساير بيو سراميک ها، مانند شيشه زيست فعال، شيشه- سراميک ها و هيدروکسي آپاتيت، خواص مکانيکي بالاتري دارد. پس مي توان انتظار داشت که کامپوزيت هيدروکسي آپاتيت- فورستريت در جهت بهبود خواص مکانيکي و زيست فعالي مفيد باشد. هدف از اين پژوهش تهيه و مشخصه يابي نانو پودر کامپوزيتي هيدروکسي آپاتيت- فورستريت به روش سل-ژل و بالک نانو ساختار از آن به روش زينترينگ دو مرحله اي است. نانو پودر کامپوزيتي هيدروکسي آپاتيت- فورستريت به روش سل- ژل توليد شد. سپس براي ايجاد ساختاري متراکم و چگال از کامپوزيت هيدروکسي آپاتيت- فورستريت، با حفظ ويژگي هاي ساختار نانو، روش زينترينگ دو مرحله اي استفاده شد. با روش تاگوچي آزمايش طراحي شد و به کمک نرم افزار Qualitek دماي ثانويه، زمان اوليه و زمان ثانويه بهينه شد. تاثير دما و زمان زينترينگ بر چگالي، اندازه دانه، ساختار فازي و خواص مکانيکي بررسي شد. از روش هاي پراش پرتو ايکس (XRD)، آناليز حرارتي افتراقي(TG,DTA) ، ميکروسکوپ الکتروني روبشي(SEM) ، ميکروسکوپ الکتروني عبوري(TEM) به منظور مشخصه يابي نانو پودر کامپوزيتي هيدروکسي آپاتيت- فورستريت و بالک نانو ساختار چگال زينتر شده از نانو پودر توليدي، استفاده شد. طيف سنجي مادون قرمز با تبديل فوريه(FTIR) و ميکروسکوپ الکتروني روبشي به منظور ارزيابي خواص زيست فعالي بالک نانو ساختار چگال زينتر شده از نانو پودر کامپوزيتي هيدروکسي آپاتيت- فورستريت، استفاده شد. از ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) به منظور ارزيابي مورفولوژي سلول هاي کشت شده در سطح بالک نانو ساختار زينتر شده استفاده شد. نتايج نشان داد که اندازه ذرات نانو پودر کامپوزيت هيدروکسي آپاتيت- فورستريت حدود 30 نانو متر و اندازه دانه هاي بالک نانو ساختار چگال زينتر شده به روش زينترينگ دو مرحله اي حدود 20 تا 50 نانومتر حاصل شده است. بيش ترين چگالي در دماي اوليه 1200 درجه سانتي گراد، دماي ثانويه 1100 درجه سانتي گراد، زمان اوليه 5 دقيقه و زمان ثانويه 25 ساعت، بدست آمد. نتايج آزمون غوطه وري در محلول شبيه سازي شده بدن حاکي از آن بود که بالک نانو ساختار زينتر شده از نانو پودر کامپوزيت هيدروکسي آپاتيت- فورستريت قابليت تشکيل آپاتيت را در محلول شبيه سازي شده بدن دارد که نشان ‌‌دهنده زيست فعالي آن است. نتايج آزمون کشت سلول نشان دهنده تاثير عدم سميت نانو پودر کامپوزيت هيدروکسي آپاتيت- فورستريت بر سلول ها است. نتايج آزمون چسبندگي سلولي بر سطح بالک نانو ساختار زينتر شده، نشان دهنده چسبندگي و رشد سلول ها بر روي آن است. چگالي بالک زينتر شده به روش زينترينگ دو مرحله اي تحت شرايط بهينه 94% دانسيته تئوري بدست آمد. چقرمگي شکست بالک نانو ساختار چگال زينتر شده از کامپوزيت هيدروکسي آپاتيت- فورستريت بيش تر از هيدروکسي آپاتيت بدست آمد. کلمات کليدي: نانو کامپوزيت، هيدروکسي آپاتيت- فورستريت، سل- ژل، زينترينگ دو مرحله اي، بالک نانو ساختار

ارتقاء امنیت وب با وف بومی