Yeni matrislerin flor ilavesi ve bozunma stabilitesi ile hidroksiapatitin fiziko-kimyasal ve mekanik özelliklerinin dinamiklerinin evrimi

Abstract

Bu multidisipliner çalışma, hidroksiapatit (HAp) biyomedikal malzemelerinin temel mekanik performans dinamikleri, kristal yapının kararlılığı, kristallik kalitesi, mukavemeti, korozyon direnci, biyouyumluluk, yapısal bozulmaya/ayrışmaya karşı direnci ve mekanik dayanıklılık özelliklerindeki değişimi hassas bir şekilde inceledi. Gelecekteki tıbbi ve diş tedavisi çalışmalarına rehberlik etmek için flor ekleme ve bozunma süreci. Çalışmada flor iyonları, biyolojik veya sentetik olarak üretilen kemik mineralleri için diş kaplama, dolgu ve destek malzemesi olarak kullanılmıştır. Genel karakteristik özellikler, RAMAN, SEM-EDS, TEM, Vickers mikro indentasyon sertliği ve yoğunluk ölçümlerini içeren standart spektroskopik, yapısal ve mekanik analiz yöntemleri ile incelenmiştir. Bozunma işleminden sonra olası flor iyonu salınımını değerlendirmek için zamana bağlı bir salınım testi yapıldı. HAp kristal sisteminin çok daha stabil hale gelmesi nedeniyle florür seviyesinin %2'ye kadar artmasıyla HAp biyomedikal malzemelerinin temel karakteristik özelliklerinin iyileştiği görülmüştür. RAMAN spektrumları ve toz XRD analizlerinin kombinasyonu, %2 ilave seviyesinin karakteristik HAP fazının oluşum hızını olumlu yönde etkilediğini göstermektedir. Ayrıca, flor katkılı HAp malzemelerinin tümü, bozunma işleminden sonra ana karakteristik pikleri sergiledi. Bu, flor iyonlarının hidroksiapatitin yapısal kaliteyi ve korozyon ortamına karşı kararlılığı artırmasını sağlamasına bağlanır. Bununla birlikte, %3'lük fazla katkı seviyesi durumunda, daha yüksek katkı oranı ve özellikle elektrostatik etkileşimler nedeniyle bozunma oranlarının arttığı elde edilmiştir. Yüzey morfolojisi incelemelerinde ise en yüksek yoğunluğu 3.0879 g/cm3 olan %2 flor katkılı HAp'ın üstün kristallik kalitesi (en küçük tane boyutu, en iyi pürüzsüz yüzey, petek deseni, düzenli şekilli taneler ve en yoğun tane dağılımları) sunduğu belirlenmiştir. numune yüzeyi). Tersine, fazla flor, yüzey morfolojisindeki mikro/makro gözeneklilik derecesini ve kristal sistemdeki mikroskobik yapısal sorunları ciddi şekilde artırmayı tetikledi. Böylece, %3 katkılı HAp bozunma sürecinden en çok etkilenen malzeme olmuştur. Ayrıca salım işleminden sonra okunan flor iyonu değerleri toksik etki yaratabilecek değerlerden oldukça uzaktı. Son olarak, optimum flor ilavesi, matristeki yüzey rezidüel basınç gerilmesi bölgelerindeki (kafes gerinim alanları), amplifikasyon bölgelerindeki ve aktif çalıştırılabilir kayma sistemlerindeki farklılaşmanın bir sonucu olarak en yüksek dayanıklılık, sertlik ve mekanik kırılma mukavemeti özellikleri üzerinde olumlu etkiler sağlar. Bu nedenle, çatlak ilerlemeleri, taneler arası kısımlardan ziyade kristaller arası bölgelerde ilerlemeyi tercih eder. Benzer şekilde Vickers mikro-girinti sertlik testlerinin bozunma işleminden sonra mikrosertlik parametrelerinin arttığını gösterdiği tespit edilmiştir. Sonuç olarak, tıp ve diş hekimliği uygulama alanlarındaki ağır hizmet kas-iskelet, ortopedik implant, biyolojik ve terapötik uygulamalar için hidroksiapatit biyomedikal malzemelerinin temel karakteristik özelliklerini geliştirmek için %2'lik flor ilave seviyesinin iyi bir seçim olduğu kaydedildi.

This multidisciplinary study examined sensitively the change in the dynamics of main mechanical performance, stability of crystal structure, crystallinity quality, strength, corrosion resistance, biocompatibility, resistance to structural degradation/separations and mechanical durability features of hydroxyapatite (HAp) biomedical materials based on the fluorine addition and degradation process to guide future medical and dental treatment studies. In the study, the fluorine ions were used to be the dental coating, filling and supporting material for biologically or synthetically produced bone minerals. The general characteristic properties were investigated by means of standard spectroscopic, structural and mechanical analysis methods including RAMAN, SEM-EDS, TEM, Vickers micro-indentation hardness and density measurements. A time dependent release test was performed to evaluate possible fluorine ion release after the degradation process. It was found that the fundamental characteristic properties of HAp biomedical materials are noted to improve with the increase in the fluoride level up to 2% due much more stabilization of HAp crystal system. The combination of RAMAN spectra and powder XRD analyzes indicates that 2% addition level affects positively the formation velocity of characteristic HAP phase. Besides, fluorine doped HAp materials all exhibited the main characteristic peaks after degradation process. This is attributed to the fact that the fluorine ions enabled the hydroxyapatite to enhance the structural quality and stability towards the corrosion environment. However, in case of excess dopant level of 3% the degradation rates were obtained to increase due to higher contribution rate and especially electrostatic interactions. As for the surface morphology examinations, 2% fluorine added HAp with the highest density of 3.0879 g/cm3 was determined to present the superior crystallinity quality (smallest grain size, best smooth surface, honeycomb pattern, regular shaped particles and densest particle distributions through the specimen surface). Conversely, the excess fluorine triggered to increase seriously degree of micro/macro porosity in the surface morphology and microscopic structural problems in the crystal system. Thus, the HAp doped with 3% was the most affected material from the degradation process. Additionally, the fluorine ion values read after the release process were quite far from the value that could cause toxic effects. Lastly, the optimum fluorine addition provides the positive effects on the highest durability, stiffness and mechanical fracture strength properties as a consequence of differentiation in the surface residual compressive stress regions (lattice strain fields), amplification sites and active operable slip systems in the matrix. Hence, the crack propagations prefer to proceed in the transcrystalline regions rather than the intergranular parts. Similarly, it was found that Vickers micro-indentation hardness tests showed that the microhardness parameters increased after the degradation process. All in all, the fluorine addition level of 2% was noted to be good choice to improve the fundamental characteristic properties of hydroxyapatite biomedical materials for heavy-duty musculoskeletal, orthopedic implant, biological and therapeutic applications in medicine and dentistry application fields.