Production and characterization of bioceramic nanopowders of natural-biological origin

Abstract

Zarar görmüş muskoloskeletal dokuların, kemik defektlerinin, yıpranmış vücut parçalarının tedavi edilebilmesi için yeni teknikler ve malzemelerin bitmeyen arayışı biyoseramikleri önemli bir araştırma odağı haline getirmektedir. Kemiğin mineral yapısına benzer kalsiyum fosfat oranına sahip olduğundan kalsiyum fosfatlar biyomedikal uygulamar için artan bir ilgiye sahiptir. Kemik ve diş restorasyonları için nano kalsiyum fosfat tozlarının hazırlanmasında sedefler uygun doğal kaynak olarak düşünülmüştür. Dünya çapındaki bulunabilirliliklerinin ve düşük maliyetlerinin yanı sıra, insan osteoblastlarında in-vitro olarak mineralize doku formasyonunu başlatıp indükleyebilmeleri ve kemikler ile bağ oluşturarak osteogenik ve osteoindüktif özellikleri bulunmaktadır. Nihai amaç olarak ucuz kalsiyum fosfat biyoseramik partiküllerinin üretimi için; tatlı su incisi tozu, pasifik kumomoto istiridyesi kabuğu Crasostrea Sikamea, iki yanaklı kabuklu Venus Verrucosa, genel Avrupa istiridyesi kabuğu Ostrea Edulis'ide içeren çeşitli doğal biyolojik kaynak bu çalışmada elde edilmiş ve kullanılmıştır. Klasik hidrotermal ve yeni sonokimyasal metotlar elde edilen tüm hammaddeler uygulanmış ve elde edilen biyoseramikler karakterize edilmiştir. Partikül boyutu dağılımının yanı sıra tozların morfolojileri taramalı elektron mikroskopu ile incelenmiş ve nano tozların kristal fazları yüksek çözünürlüklü XRD ve FT-IR ile incelenmiştir. Biyouyumluluk çalışmalarıda gerçekleştirilmiştir ve osteoblastlar ile yapılan in-vitro deneysel sonuçlar üretilen biyoseramiklerin biyolojik uygulamalar için uygun olduğunu kanıtlamıştır.Anahtar Kelimeler: Kalsiyum fosfat biyoseramikler, hidroksiapatit, tri-kalsiyum fosfat, hidrotermal çevirim, sedef.

The never-ending call for new techniques and materials to repair damaged musculoskeletal tissues, bone defects, and worn out body parts makes bioceramics to be an important research focus. Having a calcium-phosphorus ratio similar to natural bone mineral, there is an increasing interest in calcium phosphates for biomedical applications. For preparing nano-powders of calcium phosphates, nacres are considered as suitable natural materials for dental and bone restorations. Besides their worldwide availability and low cost, they are able to initiate and induce mineralized tissue formation by human osteoblasts in vitro and also exhibit osteogenic and osteoinductive features by developing bonds with bones. With the ultimate objective of preparing inexpensive calcium phosphate bioceramic particles, various raw materials of natural-biological origin including the bones of cuttlefish Sepia officianalis, Chinese sweet water Pearl Powder, the Pacific Kumamoto oyster Crassostrea sikamea, the bivalve mollusc Venus verrucosa and the common European oyster Ostrea edulis were obtained and used in this study. The classical hydrothermal and a new sonochemical synthesis method were both applied to the raw materials and the obtained bioceramics were characterized. Besides particle size distribution, the morphology of the powders was examined by a scanning electron microscope and the crystalline phases of the nano-powders were identified by a high resolution XRD and FT-IR. Biocompatibility studies were also performed and experimental results of the in vitro tests with osteoblasts demonstrated the suitability of the produced bioceramics for biological uses.Keywords: Calcium phosphate, bioceramics, hydroxyapatite, tri-calcium phosphate, hydrothermal conversion, nacre.