Fabrication of naturel pumice/hydroxyapatite composite for biomedical engineering

Abstract

Nous avons évalué la structure de l'hydroxyapatite bovine (BHA). La poudre de BHA a été mélangée avec 5 et 10 % en poids de pierre ponce naturelle (NP). La résistance à la compression, la microdureté Vickers, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, la microscopie électronique à balayage (MEB) et les études de diffraction des rayons X ont été réalisées sur les produits composites NP-BHA finaux. La prolifération cellulaire a été étudiée par dosage MTT et SEM. De plus, l'activité antimicrobienne des échantillons NP-BHA a été interrogée. Les variations de la température de frittage (pour 5 % en poids de composites NP) entre 1000 et 1300 °C révèlent une augmentation d'environ 700 % de la microdureté (~100 et 775 HV, respectivement). Les composites préparés à 1300 °C présentent la plus grande résistance à la compression avec un résultat comparable pour une teneur en NP de 5 % en poids (87 MPa), qui sont significativement meilleurs que ceux pour 10 % en poids et ceux qui ne comprennent aucun NP (en dessous de 60 MPa, respectivement). Les résultats ont suggéré les paramètres optimaux pour la préparation de composites NP-BHA avec des propriétés mécaniques et une biocompatibilité accrues. Les changements de micro-dureté et de résistance à la compression peuvent être adaptés en ajustant la concentration de NP et la température de frittage. Les composites NP-BHA ont démontré un potentiel remarquable pour les applications d'ingénierie biomédicale telles que la greffe osseuse et l'implant.

Evaluamos la estructura de la hidroxiapatita bovina (BHA). El polvo de BHA se mezcló con 5 y 10% en peso de piedra pómez natural (NP). Se realizaron estudios de resistencia a la compresión, microdureza Vickers, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier, microscopía electrónica de barrido (SEM) y difracción de rayos X en los productos compuestos NP-BHA finales. La proliferación celular se investigó mediante ensayo MTT y SEM. Además, se interrogó sobre la actividad antimicrobiana de las muestras de NP-BHA. Las variaciones en la temperatura de sinterización (para 5% en peso de compuestos NP) entre 1000 y 1300 °C, revelan un aumento de aproximadamente 700 % en la microdureza (~100 y 775 HV, respectivamente). Los compuestos preparados a 1300 °C demuestran la mayor resistencia a la compresión con un resultado comparable para el contenido de NP del 5% en peso (87 MPa), que son significativamente mejores que los del 10% en peso y los que no incluyen ningún NP (por debajo de 60 MPa, respectivamente). Los resultados sugirieron los parámetros óptimos para la preparación de compuestos de NP-BHA con mayores propiedades mecánicas y biocompatibilidad. Los cambios en la microdureza y la resistencia a la compresión se pueden adaptar ajustando la concentración de NP y la temperatura de sinterización. Los compuestos de NP-BHA han demostrado un notable potencial para aplicaciones de ingeniería biomédica como el injerto óseo y el implante.

We evaluated the Bovine hydroxyapatite (BHA) structure. BHA powder was admixed with 5 and 10 wt% natural pumice (NP). Compression strength, Vickers micro hardness, Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction studies were performed on the final NP-BHA composite products. The cells proliferation was investigated by MTT assay and SEM. Furthermore, the antimicrobial activity of NP-BHA samples was interrogated. Variances in the sintering temperature (for 5 wt% NP composites) between 1000 and 1300 °C, reveal about 700 % increase in the microhardness (~100 and 775 HV, respectively). Composites prepared at 1300 °C demonstrate the greatest compression strength with comparable result for 5 wt% NP content (87 MPa), which are significantly better than those for 10 wt% and those that do not include any NP (below 60 MPa, respectively). The results suggested the optimal parameters for the preparation of NP-BHA composites with increased mechanical properties and biocompatibility. Changes in micro-hardness and compression strength can be tailored by the tuning the NP concentration and sintering temperature. NP-BHA composites have demonstrated a remarkable potential for biomedical engineering applications such as bone graft and implant.

قمنا بتقييم بنية هيدروكسي أباتيت البقري (BHA). تم خلط مسحوق BHA مع 5 و 10 ٪ بالوزن من الخفاف الطبيعي (NP). تم إجراء دراسات قوة الانضغاط، وصلابة فيكرز الدقيقة، والتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه، والمسح المجهري الإلكتروني (SEM) ودراسات حيود الأشعة السينية على المنتجات المركبة النهائية NP - BHA. تم التحقيق في تكاثر الخلايا بواسطة فحص MTT و SEM. علاوة على ذلك، تم استجواب النشاط المضاد للميكروبات لعينات NP - BHA. تكشف الفروق في درجة حرارة التلبيد (لمركبات 5 ٪ بالوزن من NP) بين 1000 و 1300 درجة مئوية، عن زيادة حوالي 700 ٪ في الصلابة الدقيقة (~100 و 775 هرتز، على التوالي). تُظهر المركبات المحضرة عند 1300 درجة مئوية أكبر قوة انضغاط مع نتيجة مماثلة لمحتوى 5 ٪ بالوزن من النيتروجين (87 ميجا باسكال)، وهي أفضل بكثير من تلك التي تبلغ 10 ٪ بالوزن وتلك التي لا تتضمن أي نانو باسكال (أقل من 60 ميجا باسكال، على التوالي). اقترحت النتائج المعلمات المثلى لإعداد مركبات NP - BHA ذات الخصائص الميكانيكية المتزايدة والتوافق الحيوي. يمكن تكييف التغييرات في الصلابة الدقيقة وقوة الانضغاط من خلال ضبط تركيز NP ودرجة حرارة التلبيد. أظهرت مركبات NP - BHA إمكانات ملحوظة لتطبيقات الهندسة الطبية الحيوية مثل الطعم العظمي والزرع.