Download - curs 3 - MC COLL-HA
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
1/87
Materiale compozite pentru medicina
Materiale compozite de tip polimer-ceramic
Sl.dr.ing. Anton FICAI
Universitatea POLITEHNICA din BucurestiFacultatea de Chimie Aplicata si Stiinta Materialelor
Catedra Stiinta si Ingineria Materialelor Oxidice si Nanomateriale
2011-2012
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
2/87
Structura modulului
Materiale compozite de tip colagen/HA
1. Noiuni introductive despre colagen si fosfaii de calciu (cuprecdere hidroxiapatita);
2. Metode de obinere a colagenului si a HA;3. Selectarea metodelor adecvate pentru obinerea
materialelor compozite si caracterizarea materialelorcompozite;4. Influenta rutelor de procesare asupra materialului
compozit rezultat;
5. Influenta speciilor chimice asupra materialului compozitrezultat (Mg2+, F-, CO32-, hidrolizat de colagen, etc);6. Poteniale aplicaii ale acestora - Funcionalitatea
materialelor compozite).
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
3/87
Colagen
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
4/87
Compoziia colagenului
Colagenul are la baza o compoziie si secvena neobinuita de
aminoacizi Glicina (Gly) se repeta la fiecare ~3 grupri de aminoacizi Prolina (Pro) ~ 9% din molecula colagenului 2 Aminoacizi necaracteristici, care nu sunt rezultatul
procesului de translaie ci, se obin in etapa post-translaieprin aciunea a doua enzime care funcioneazdrept oxidazesi necesita vitamina C drept cofactor Hidroxiprolina (Hyp), rezultat prin oxidarea prolinei.
Hidroxilisina (Hyl), rezultat prin oxidarea lisinei (Lys).
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
5/87
Formarea COLAGENULUI tip IMajoritatea tipurilor de colagen se formeazin acelai fel; in cazul colagenuluitip I etapele principale sunt: Intracelular
Doua tipuri de catene peptidice se formeaz in procesul de translaiepe ribozomi de-a lungul reticulului endoplsmatic rugos (ROR), catene
cunoscute sub denumirea de pre-procolagen Catenele polipeptidice sunt eliberate in lumenul RER. Peptidele de extensie (Signal peptides) ptrund in interiorul RER
formnd catena pro-alfa. Hidroxilarea lisinei si prolinei are loc in interiorul lumenului RER,
procesul fiind dependent de vitamina C (acid ascorbic = co-factor). Are loc glicozilarea specifica a hidroxilisinei. Se formeza structura triplu helix (2catene alfa1 si o catena alfa2). Procolagenul trece in aparatul Golgi unde are loc mpachetarea si apoi
secreia acestuia prin exocitoza.
Extracelular Se formeaztropocolagenul sub aciunea procolagen peptidazei. Moleculele de tropocolagen formeaz fibrilele de colagen prin
intermediul unor reticulari covalente induse de lisil-oxidaza (legturilordintre hidroxilisina si lisina); mai multe fibrile => fibre
Colagenul poate fi atasat de celulele membranare prin intermediulctorva proteine (fibronectina, integrinele).
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
6/87
Reticul endoplasmatic rugosReticul edoplasmatic RE este locul translaiei genei i mijlocul detransport al proteinelor ce urmeaz s devinparte din membrana celular (de exemplureceptori transmembranari) sau care urmeaz sfie secretate prin exocitoz (de ex. enzime
digestive, neurotransmitori, colagen, etc.). RE este format dintr-o reea de tuburi i cisterne.RE este acoperit n parte de ribozomi (careproduc proteine din aminoacizi, bazat pe codulgenetic) = RE rugos. Prile fr ribozomi senumesc reticul endoplasmatic neted. Ribozomii
transfer proteinele gata produse n RE laaparatul Golgi.Reticul endoplasmatic rugos RE rugos produce i transport proteinele.Acesta este acoperit de ribozomi care l fac sarate "rugos". Re rugos se ntlneste n maimulte celule, de exemplu n celulele dinpancreas, care sunt implicate n secreia deinsulinn circuitul sanguin.
n plus, RE rugos este i un productor demembrane, deoarece nglobeaz proteinelemembranare n structura sa, iar cnd este nevoiede ele le transfera. Acest organit modificproteinele.
1. nucleu 2. por nuclear 3. RER 4.RE neted5. ribozom aflat pe RER 6.proteine transportate 7. vezicule detransport 8. aparat Golgi 9. faa Cisa aparatului Golgi 10. faa Trans al
aparatului Golgi 11. cisterneleaparatului Golgi
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
7/87
Biosinteza colagenului: faza intracelular
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
8/87
Biosinteza colagenului: faza extracelulara
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
9/87
Actiunea lisil-oxidazei si formareareticularilor transversale dintre
moleculele de tropocolagen
Fibrilogeneza/reticularea covalenta
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
10/87
Descoperirea tipurilor de colagen
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
11/87
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
12/87
colagen fibrilar (I, II, III, V i XI)constituie structuraproteicde bazdin esuturi (piele, tendon, cartilaj, os)i scheletul de susinere din diverse organe (plmni,ficat etc.)
Tipurile de colagen IV, VIII i X formeazstructuricuaternaresub form de reea plas, respectivmembrane bazale
Clasa colagenilor asociat fibrilelor - FACIT (IX, XII,XIV, XVI, XIX) au triplu helix ntrerupt
Fibrile de ancorare (VII)
Proteine cu domenii colagene
Clasificare
Tipurile decolagen
apte clase, nfuncie de
asemnareacaracteristicilorstructurale i de
schimburilecuaternare,
polimericepecare le
formeaz.
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
13/87
Caracteristicile de baza ale
principalelor tipuri de COLAGEN
Rezistena lasolicitrimecanice
Interaciunislabe,numaicudermatansulfat
Fibroblaste,osteoblaste,ondoblaste,condroblaste
mpachetare dens,fibrilesubiri cuvariaiemare dediametru
mpachetareneargentofilic,birefringenputernic,fibre galbenesau roii, fibrecolagenice
Derm,oase,tendoane,dentin,scler,cartilagii,fibrefasciale
[(1(I)]2
2(I))
I
FuncieInterac
iuni
Localizar
ea
biosintezei
Ultrastruc
tura
Caracteristic
i
microscopice
Apartene
na la
esuturi
Forma
mole-
cular
Tip
ul
decola
gen
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
14/87
Rezistenalapresiuneintermitent
Interaciuniputernice,
n specialcucondroitinsulfat
Condroblaste
Nu seformeazfibre, fibrilefoarte fineincluse nsubstanainterfibrilar
Reeacolagenic,vizibilnumai nluminpolarizat
Cartilagiihialine ielastice,trahee
[1(II)]3II
Func
ie
Interaciu
ni
Local
izarea
biosintezei
Ultrastruct
ura
Caracteristi
ci
microscopice
Aparten
ena la
esuturi
Forma
mole-
cular
Tip
ul
decola
gen
Caracteristicile de baza ale
principalelor tipuri de COLAGEN
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
15/87
Pstrareastructuriiorganelor nexpansiune
Niveldeinteraciuneintermediar,cuheparinsulfat
Fibroblaste, celulemusculare, celulereticulareiSchwan,hepatocite
mpachetri defibrile finecudiametreuniforme
Reea laxsau slabargentofilic,birefringenredus,fibre verzui,fibrereticulare
Muchinetedendoneurium, artere,uter, ficat,splina,rinichi,plmn
[1(III)]3III
Funci
e
Intera
ciuni
Localiza
rea
biosintezei
Ultrastru
ctura
Caracterist
ici
microscopice
Apartenen
a la
esuturi
Forma
mole-
cular
Tip
ul
decola
gen
Caracteristicile de baza ale
principalelor tipuri de COLAGEN
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
16/87
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
17/87
Dateinsuficiente
Dateinsuficiente
Dateinsuficiente
Dateinsuficiente
Dateinsuficiente
Placent,membranebazale
[(1(V)]
2
2
(V)sau
(1A)3si
(1B)3
V
Func
ie
Intera
ciuni
Localiz
area
biosintezei
Ultrastru
ctura
Caracterist
ici
microscopice
Apartenen
a la
esuturi
Forma
mole-
cular
Tip
ul
decola
gen
Caracteristicile de baza ale
principalelor tipuri de COLAGEN
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
18/87
Date
insuficiente
Date
insuficiente
Date
insuficiente
Filamente
, microfibre
Date
insuficiente
Cornee,
placent
1(VI)2
(VI)3(VI)
VI
FuncieInteraci
uni
Localiza
rea
biosintezei
Ultrastru
ctura
Caracteris
tici
microscopice
Aparten
ena la
esuturi
Forma
mole-
cular
Tipu
l de
colagen
Caracteristicile de baza ale
principalelor tipuri de COLAGEN
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
19/87
Metode deobinere
a colagenului
Derma pieii de viel
Decalcifiere,
exces de ap, 6% sulfat de amoniu, 30 oC, 2 ore
Tratament enzimatic:1,2% Tripsin; 30oC, 1 or
Neutralizare i splare
Reglare pH ==== 3
Tratament enzimatic:0,2% pepsin, 28-30oC, 12 ore
Inactivare enzimPrecipitare cu NaCl 1%
Dializ/ tampon fosfat pH ==== 7,2
Solubilizare n mediu acid
20o
C, 3% HCl
Omogenizare
Maturare ++++ 4oC
Gel de colagen atelopeptidic
Colagenul se obine prin extracie
chimico-enzimatica din:-Placenta (inclusiv umana)-Piele bovina, porcina-Pete
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
20/87
Forme colagenice comerciale Geluri de colagen
Matrici de colagen
Fibre de colagen
Solubile
insolubile
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
21/87
Fosfaii de calciu
Caracteristici generale ale fosfailor de calciu
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
22/87
Hidroxiapatita
Hidroxiapatita nanometricaa fost sintetizata pentruprima data in 1995
Ca10(PO4)6(OH)2
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
23/87
Proprietile mecanice ale HA si ale osului
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
24/87
Rute de sinteza a HA Metoda precipitrii (calea umeda)
Metoda hidrotermala si sinteza in camp de microunde
Metoda ultrasonarii
Sol-gel
Pirosol Metoda microemulsiei Electrodepunere, Metoda imprentarii 3D
.
10Ca(OH)2 +6H3PO4 => Ca10(PO4)3(OH)2+18H2O5Ca(NO3)2.H2O + 3(NH4)H2PO4 =>Ca5(PO4)3OH + 3NH4NO3+ 7HNO3
AmestecareT= 90 120 0C
Gelificare
Uscare in aerT=340 0C
Tratament termic
T=800 0C
Compozitiapulberii:
HA: 81 85 %, -TCP:10 14 %, CaO: 4 5 %
Suspensie in apa
Ca/P=1,67
Uscare in aer T=120 0C
Hidroxiapatita pulbere
Prepararea solutiei
amoniacale, C/P > 1,67
Ca(NO3)2.4H2O
(NH4)2HPO4
EDTA
Uree
(NH4)2HPO4
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
25/87
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
26/87
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
27/87
MineralizareMineralizare in vitroin vitroa colagenuluia colagenului
t=37400CpH=89Ca/P
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
28/87
Mineralizarea enzimatica a colagenuluiMineralizarea enzimatica a colagenului
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
29/87
Asamblare declanAsamblare declanatat termictermic
Injectarea precursorilorcompozitului (suspensia acid
de colagen, ce conine ionii deCa2+ i fosfat ncapsulai nlipozomi) n defectul osos.
Dup injectare, temperatura
crete i ncepe procesul degelifiere cu formarea reeleifibroase de colagen.
La temperatura corpului uman(370C) = temperatura detranziie a lipozomilor, ioniifosfat i Ca2+ sunt eliberai incepe procesul demineralizare.
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
30/87
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
31/87
Mineralizarea structurilor colagenice
Osteosintezanaturala Metoda mineralizarii in vitro
Ca2+ Colagen
Depunere Ca2+
Nucleerea HApH = 910, t = 3537 0C
Cresterea particulelor de HA
Fosfat
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
32/87
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
33/87
Caracterizare: IR
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
34/87
Caracterizare: SEM
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
35/87
Caracterizare: XRD
Caracterizarea compozitelor COL/HA obtinute prin mineralizarea fibrelor decolagen raportat la difractograma osului natural
10 20 30 40 50 60 70
I
(CPS)
B
2Theta
A
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
36/87
Obtinerea compozitelor COL/HAprin mineralizarea matricilor colagenice
Obinere: Matrici de colagen
Suspensie Ca(OH)2
Soluie NaH2PO4 Temperatura 3335 0C
pH-ul etapei de precipitare 9 9.50
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
37/87
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
38/87
Caracterizarea matricilor de colagen
ABSORBTIA DE VAPORI DE APA
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50timp, h
%d
eaparetinu
t
1SO
2SO
3SO
4SO
5SO
6SO
7SO
umiditatea relativa a matricilor
0
10
20
30
40
50
60
70
1 2 3 4 5 6 7
matricea
continutulde
hidrolizat,%
12
12.5
13
13.5
14
14.5
umiditatea,
%
% HIDROLIZAT
Umiditatea, %, conform
STAS 8574-92
absorbtia de apa (24h)
0
10
20
30
40
50
60
70
1 2 3 4 5 6 7
matricea
continutulde
hidrolizat
1000
1200
1400
1600
18002000
2200
absorbtiadeapa
% HIDROLIZAT
Absorbtia de apa dupa 24h,
%
permeabilitatea
0
10
20
30
40
5060
70
1 2 3 4 5 6 7
matricea
continutdehidroliz
at
800
850
900
950
permeabilitatea
% HIDROLIZAT
Permeabilitatea la vapori de apa, mg/24h
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
39/87
Caracterizare SEM
1SO 3SO
5SO 6SO
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
40/87
Caracterizare SEM
(SO7 mineralizat)
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
41/87
Mineralizarea matricilor prin procedeul LbL
Reprezentarea schematicaa procesului de minera-
lizare prin procedeul LbL.
A.FICAI, E. ANDRONESCU, et all:Material Science and Engineering
C; 2009; 29(7): 2217-2220
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
42/87
XRD
10 20 30 40 50 60 70
I(C
PS)
2Theta
line - obtained COLL/HA composite
column - HA (ASTM 74-5066)Difractogramele deraze X nregistratepentru compozitul
COLL/HA sirespectiv a HApure, conformASTM 74-5066
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
43/87
SEM
Imaginile SEM inregistrate pentru compozitele COLL/HAcu 1,3,5, straturi de HA depuse
LbL5; 3500x
LbL5; 1000x
LbL3; 1000x
LbL1; 1000x
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
44/87
FTIR
Spectrele FT-IR ale matricii colagenice si respectiv a matricilor
mineralizate cu 1 sau 3 straturi.
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
45/87
Analiza termogravimetrica
0 200 400 600 800 1000-100
-50
0
50
100
150
200
250
LbL3LbL5
LbL8DTA,
uV
T, 0C100 200 300 400 500 600 700
2025
3035404550556065
707580859095
100
-0.0025
-0.0020
-0.0015
-0.0010
-0.0005
0.0000
TG,%
t, 0C
TG LbL8
TG LbL5
TG LbL3
DrTG LbL8
DrTG LbL5
DrTG LbL3
Analiza ATD-TG inregistrate pentru compozitele COLL/HA cu
3, 5, 8 straturi
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
46/87
Analiza (termo)gravimetricay = 4.6529x + 15.458
R2= 0.9857
20
30
40
50
1 2 3 4 5 6 7 8numar de perechi deimersii
ontn
ut
e
valori obtinute prin analiza termogravimetrica
valori obtinute prin masuratori gravimetrice
Variatia continutului de HA depus functie de numarul de straturi depuse
Mineralizarea biomimetica a
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
47/87
Mineralizarea biomimetica a
matricilor colageniceConcentraia ionilor din SBF i plasma umana
Ionii Concentraia ionilor
SBF Plasma uman
Na+ 142 142
K+ 5 5
Mg
2+
1.5 1.5Ca2+ 2.5 2.5
Cl- 120 103
HCO3- 27 27
HPO42- 2.27 1.0
SO42- 0.5 0.5
Anton FICAI, Ecaterina ANDRONESCU, Georgeta VOICU, Madalina Georgiana ALBU,
Andreia ILIE; Biomimetically synthesis of collagen/hydroxyapatite compositematerials; Mat. Plast. 2010; 47(1); xxx
Metode de caracterizare SEM
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
48/87
Metode de caracterizare SEM
SEM 1h, n SBF SEM 4h, n SBF
SEM 24h, n SBF SEM 48h, n SBF
SEM 72h, n SBF
SEM 72h n
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
49/87
SEM 72h, n
SBF
Ci ti ti i d d
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
50/87
Cinetica reactiei de depunere
0 100 200 300 400 500
16
17
18
19
20
21
22
23
24
cinetica exponentiala de ordinul 2
Ecuatia: y = -4.74199*e(-x/5.5971)
-2.76423*e(-x/94.6822)+23.19779
R2= 0.99721
Continutul
deHA,
%
timp, min
Materiale compozite hibride COLL-PVA/HA
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
51/87
Materiale compozite hibride COLL PVA/HA
cu morfologie stratificataSinteza materialelor hibride Gel de colagen 2,41% (tip I, M=350 kDa)
Soluie PVA 5% (M=130 kDa, grad de polimerizare=2700, grad de hidroliza 86.788.7 mol%) HA obinut in situu prin coprecipitare pornind de la
Ca(OH)2 si NaH2PO4
COLL-PVA 1:2 L si COLL-PVA 1:2 ACOLL-PVA/HA 1:2:3 L si COLL-PVA/HA 1:2:3 AL - liofilizate si A - uscate in atmosfera controlata
[1] M. FICAI, E. ANDRONESCU, D. FICAI, G. VOICU, A. FICAI;Colloids and Surfaces B: Biointerfaces;2010:81(2): 614-619 (ISI2009 = 2.6)
Caracterizare XRD
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
52/87
Caracterizare - XRD
Difractogramele de
raze X aferentematerialelor hibridede tip COLLPVA 1:2si respectiv amaterialelor
compozite de tipCOLLPVA/HA 1:2:3
Grad de cristalinitate ~29%pentru COLLPVA/HA 1:2:3.
Caracterizare FTIR
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
53/87
Caracterizare - FTIR
Spectrele FTIR ale materialelor hibride COLLPVA 1:2 si respectiv ale materialelorcompozite COLLPVA/HA 1:2:3
HA
Caracterizare SEM
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
54/87
Caracterizare - SEM
Imaginile SEM caracteristice materialelor hibride COLLPVA 1:2 si
materialelor compozite COLLPVA/HA 1:2:3
Caracterizare proprieti ceramice si
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
55/87
90,0
19,0
78,913,0
92,7
19,3
79,213,7
0,1
0,75
0,440,88
COLL-PVA 1:2 L
COLL-PVA 1:2 A
COLL-PVA/HA 1:2:3 LCOLL-PVA/HA 1:2:3 A
Absorbtia de
xilen %
Porozitate
%
Densitate
g/cm3Tip de material
Proprietatile ceramice ale materialelor hibride COLLPVA 1:2 si materialelorcompozite COLLPVA/HA 1:2:3
p p
mecanice
Rezistenta mecanica la compresiune este cu ~ 20-30% mai mare in cazulmaterialelor compozite COLLPVA/HA decat in cazul materialelor compozite
COLL/HA, obtinute in conditii similare
Materiale compozite COLL/HA cu
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
56/87
Etapele sintezeimaterialelor compozite
COLL/HA cuporozitate predefinitaindusa de ruta deprocesare (uscare)
p
porozitate predefinita
Caracterizare - XRD
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
57/87
Caracterizare XRD
Spectrele FTIR nregistrate pentru materialele compozite COLL/HA 1:1
obinute prin uscare controlata (0, 30, 48h)
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
58/87
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
59/87
Caracterizare - proprietatile ceramice
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
60/87
Proprietile ceramice ale materialelor compozite COLL/HA obinute prin
uscare controlata
p p
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
61/87
Orientare in cmp magnetic
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
62/87
Orientare in cmp magnetic
1. 1 mL gel de colagen (3mg/mL) + 390 l CaCl2 (0.1 M) => pH acid;t=40C
2. 330 l NaCl soluie, 480 l soluie tris(hidroximetil)aminometan[C4H11NO3] (0.5 M), 46.8 l KH2PO4/K2HPO4 (0.5 M, pH 7.4) si1.753 ml H2O; t=40C
1+2 => COLL/HA
Susceptibilitatea magnetica pe cele trei direcii difer: c>a,b =>orientare prefereniala de-a lungul axei c
Wu CY, Sassa K, Iwai K, Asai S. Unidirectionally oriented hydroxyapatite/collagen composite fabricated by using a high magnetic field. Materials
Letters 2007;61(7):1567-1571.
Reprezentarea schematica a procesului
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
63/87
de orientare in cmp magnetic
Caracterizare microscopie de
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
64/87
contrast de faza
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
65/87
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
66/87
Structuri orientate obinute prin
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
67/87
p
aplicarea cmpurilor electrice
Mod de lucru- pH = 9- t = 37 0C- Cmpuri electrice variabile:
- forme variabile
- intensitati variabile
Ficai A, Andronescu E, Trandafir V, Ghitulica C, Voicu G (2010) Collagen/hydroxyapatite
composite obtained by electric field orientation. Materials Letters;64: 541-4.
Analiza XRD
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
68/87
Analiza XRD
Difractogramele de raze X inregistrate pentru compozitele COLL/HA obtinute:
a) in prezenta si respectiv b) in absenta campului electric pulsator de 0,93V/cm
FTIR
a)30
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
69/87
564.6
604.2
103
2.6
1420.9
1457.3
15
07.0
1541.6
1652.7
344
5.6
a)
b)
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
Absorbance
1000200030004000
Wavenumbers (cm-1)
Spectrele IR inregistrate pentru compozitele COLL/HA obtinute:
a) in prezenta si respectiv b) in absenta campului electric pulsator de 0,93V/cm
Microscopie electronica de baleiajb
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
70/87
a
b2
b1
c
Imagini SEM reprezentative pentru compozitele obtinute: a) in absenta campului electric;
b) in prezenta campului electric pulsator; c) in prezenta canpului electric compus
Obinerea compozitelor COL/HA
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
71/87
prin autoasamblare Obinere:
Gel de colagen AICT (3,21 %) Suspensie Ca(OH)2 Soluie NaH2PO4
Temperatura 3335 0C pH-ul etapei de precipitare 9 9.50
Ficai A, Andronescu E, Voicu G, Ghitulica C, Vasile BS, Ficai D, et al. (2010) Selfassembled collagen/ hydroxyapatite composite materials. Chemical EngineeringJournal;160: 794-800.
Procesul de
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
72/87
autoasamblare
Reprezentarea schematica procesului de autoasamblare indus
de pH, sub control termodinamic,n soluie apoas
Caracterizare:XRD
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
73/87
Caracterizare: SEM
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
74/87
Dfibra
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
75/87
Imagine TEM a materialului compozit COL/HA obinut prin autoasamblareinsertul corespunde difractiei de electroni pe suprafaselectat
Imagine HRTEM a materialului compozit
COL/HA obinut prin autoasamblare
Caracterizare: ATDTG
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
76/87
0 100 200 300 400 500 600 700 800-50
0
50
100
150
200
70
72
74
76
78
80
82
84
86
88
9092
94
96
98
100
-0.0040
-0.0035
-0.0030
-0.0025
-0.0020
-0.0015
-0.0010
-0.0005
0.0000
0.0005
DTA(uV)
t,
0
C
ATG
DrATG
Analiza termica a compozitului pe baza decolagen si hidroxiapatita obinut autoasamblare
Curba DSC nregistrata pentru un oscranian uman tanar (S-Bone) si respectivpentru un os radial uman adult (R-Bone)
Curba termogravimetrica nregistrate
pentru cele doua tipuri de oase R si S
Cuantificarea gradului de orientare
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
77/87
22 2 2N
i=1
+ + 100D (%)=
N 90
- D este deviaia medie a fibrelor de la unidirecionalitate,
-GO este gradul de orientare, %-N este numrul de fibre,-100/90 reprezintun factor de corecie pentru a se obine deviaia medie n procente,iar , i sunt unghiurile de deviere ale fiecrei fibre, pe cele trei direcii
-dac 90 < `, ` sau ` 180 atunci , sau = 180 - `, ` sau `;-dac 180 < `, ` sau ` 270 atunci , sau = `, ` sau ` -270;-dac 270 < `, ` sau ` 360 atunci , sau = `, ` sau ` -360;-dac 0 < `, ` sau ` 90 atunci , sau = `, ` sau `.
02
46
810
2
4
6
8
10
0
2
46
810
Z
Axis
YAxisXAxis
,,,,
,,,,
,,,,
D = 2,540.2%
GO = 100-D = 97,46 0.2 %
_
_
Influenta suportului de colagen si a speciilor
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
78/87
chimice asupra MC de tip COLL/HA
Ficai A, Andronescu E, Voicu G, Ghitulica C, Ficai D (2010) The influence ofcollagen support and ionic species on the morphology of collagen /
hydroxyapatite composite materials. Materials Characterization;61: 402-7.
COLL (HAS)
COLL (HAS) / HA(X)
Precursori de HA
(diverse specii)
Caracterizare: XRD
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
79/87
Difracia de raze X adiverselor MC pebaza de COLL/HA:A. COLL/HAreticulat cu GA 1%;
B. COLL/HA(F-, 5%);C. COLL-HAS/HA siD. HA cristalin(ASTM 74-5966).
Caracterizare: SEM
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
80/87
Imagini SEM caracteristiceMCCOLL/HA:
A. COLL-HAS/HA (5% HAS); B.COLL-HAS/HA (70% HAS); C.COLL/HA (5% F-); D. COLL/HA; E,F. COLL/HA (in prezenta de 2%citrat).
Caracterizare: EDS
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
81/87
Spectrele EDS a) intr-o zona lipsita de formaiuni aciculare si b) intr-o zona aciculara
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
82/87
CONCLUZII - influenta formei suportului
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
83/87
colagenicasupra porozitii compozitului
CONCLUZII influena concentraiei
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
84/87
gelului si a modului de uscare
CONCLUZII porozimetrie
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
85/87
39.8663.760.923723.07.07
96.5297.620.03387SO
Matrici
nemineralizate
96.3897.680.03526SO
14.7634.931.9370Comp/09.07.07
ObservationsAbs.(%)Poroz.(%)Dens.(%)Name
13.0427.281.74562/25.07.08
8.4018.961.98493/09.09.08
8.6115.781.60791/17.07.07
15.3437.992.01251/05.05.08
Compozite obtinute
pornind de la geluri
de colagen
1.103.773.26773A
73.5782.060.2831MII/11.09.08
76.5185.540.2521M8/11.09.08
79.8486.890.2106M5/11.09.08Matrici mineralizate
79.7286.760.2119M3/11.09.08
Cum se pot induce anumite proprieti?!
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
86/87
Proprietile MC COLL/HA
Ruta de procesare- Metoda de uscare (liofilizare sauuscare controlata in aer);
- Concentraia suportului colagenic;
- Centrifugarea.
Compoziia chimica-Raportul COLL/HA;
-Coninutul de Mg, F, Cl, Fe, Zn,
-Coninutul de hidrolizat de colagen,alcool polivinilic, .
-
8/11/2019 curs 3 - MC COLL-HA
87/87
Va multumesc pentru atentie