Priprava kompozitnog biomaterijala na temelju polimerne matrice i hidroksiapatita dopiranog metalnim ionima

master's thesis

• Title (english): Preparation of composite biomaterial based on a polymer matrix and hydroxyapatite doped with metal ions
• Author: Nediljko Beus
• Mentor: Hrvoje Ivanković (mentor)
• Committee member: Hrvoje Ivanković (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Dajana Milovac (član povjerenstva)
• Committee member: Anamarija Rogina (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Chemical Engineering and Technology; Zagreb
• Defense date and country: 2017-09-29, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Chemical Engineering; Chemical Engineering in Material Development

Abstract

Cilj rada bio je priprava kompozitnog materijala na temelju hidroksiapatita supstituiranog magnezijem i biorazgradivih polimera za potencijalnu primjenu u inženjerstvu koštanog tkiva. Inženjerstvo koštanog tkiva je interdisciplinarno područje koje razvija 3D strukture, okosnice, koje služe kao predložak za rast novog tkiva, a sve s ciljem obnavljanja, zamjene ili poboljšanja funkcije oštećenih kosti. S obzirom da je prirodno koštano tkivo kompozitni materijal anorganskog hidroksiapatita i organskog kolagena, razvijanje okosnica ide u smjeru oponašanja prirodnog tkiva, odnosno korištenje bioaktivne keramike i biorazgradivih polimera. Provedena je ugradnja Mg2+ iona u strukturu hidroksipatatita hidrotermalnom konverzijom sipine kosti, pri čemu je kao izvor magnezijevih iona korišten magnezijev perklorat – Mg(ClO4)2. Pripravljeni su kompozitni materijali Mg-HA i PCL/CS metodom vakuumske impregnacije za uzorke s udjelom magnezija od 1 mol.%. XRD analiza potvrđuje nastanak nove faze koja je identificirana kao vitlokit i/ili Mg/β-TCP kao posljedica supstitucije kalcija magnezijem u strukturi HA. Zaključeno je da je hidrotermalnom sintezom dobiven dvofazni sustav kojeg čine HA i vitlokit pri nižim koncentracijama magnezija (1 i 3 mol.%), dok pri većoj koncentraciji (5 mol.%) koegzistiraju HA i Mg/β-TCP. FTIR spektri uzoraka s različitim udjelom magnezija pokazuju smanjenje inteziteta fosfatnih, karbonatnih i hidroksilnih skupina. TGA metodom pokazano je blago smanjenje termičke stabilnosti HA povećanjem udjela magnezija, a udio PCL-a i kitozana u kompozitu iznosi 2,49 mas.%. SEM mikrografi hidroksiapatita pokazuju da je originalna arhitektura sipine kosti u potpunosti očuvana i nakon hidrotermalne reakcije. Povećanjem udjela magnezija, početne sferične čestice čistog HA se smanjuju. Povećanjem udjela magnezija, čestice HA potpuno gube svoju početnu sferičnu formu i tvore aglomerate zajedno s novonastalim fazama. Mikrografi kompozitnih uzoraka pokazuju da na površini materijala postoji tanki polimerni film koji prekriva HA čestice.

Abstract (english)

The aim of this work was to prepare composite material based on magnesium-substituted hydroxyapatite and biodegradable polymers for potential use in bone tissue engineering. Bone tissue engineering is an interdisciplinary field that develops 3D structures, scaffolds, which serve as a template for the growth of new tissue, intended to restore, replace or improve damaged tissues. Since natural bone tissue is a composite material of inorganic hydroxyapatite and organic collagen, materials based on bioactive ceramics and biodegradable polymers have gained much attention in developing scaffolds for bone tissue engineering. By hydrothermal conversion of aragonite from the cuttlebone at 200 °C for 48 h magnesium-substituted hydroxyapatite (Mg-HA) was prepared, using magnesium perchlorate as a source of magnesium. Composite materials of Mg-HA and PCL/CS were prepared using vacuum impregnation technique. Quantitative XRD analysis showed the existence of a two-phase system consisting of HA and whitlockite at lower magnesium concentrations (1 and 3 mol.%), while HA and Mg/β-TCP phase coexist at higher magnesium concentrations (5 mol.%). FTIR spectra of the samples showed a decrease in the intensity of phosphate, carbonate and hydroxyl groups with increased magnesium content. TGA analysis showed a slight decrease of thermal stability of HA when increasing the magnesium content, and that the composite samples contain 2.49 wt. % of the polymer. SEM micrograph of hydroxyapatite shows that the original architecture of the cuttlebone is completely preserved after hydrothermal reaction. By increasing the magnesium content, the spherical particles of pure HA gradually lose their initial shape and form agglomerates at 5 wt.% of added magnesium. Micrographs of the composite samples show a thin polymer film covering the HA particles.

• Keywords: inženjerstvo tkiva; hidroksiapatit; magnezij; kitozan; polikaprolakton
• Keywords (english): tissue engineering; hydroxyapatite; magnesium; chitosan; polycaprolactone
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:546503
• Study programme: Title: Materials Science and Engineering - Graduate study; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva (magistar/magistra inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2020-04-30 11:07:12