Production of hydroxylapatite from animal bone

Abstract

IV PRODUCTION OF HYBROXYLAPATITE FROM ANIMAL BONE ABSTRACT Hydroxyiapatite (HAp) used in orthopedics and dentistry is a ceramic material with a very good biocompatibility. There are two ways of HAp production; production from the natural bone and tooth or, production from an inorganic synthesis method. In this study, HAp is obtained by NaOH degradation of the organic phase in calf femur. Optimum conditions of HAp production were investigated by changing the parameters of solution concentration and temperature in the degradation method. As temperature increases» solutions of lower concentrations gave shorter reaction times. Deproteinized bones were cabined at 850°C for 8 hours, ground, sieved to get particle sizes < 300 urn. Infrared spectrum (FTTR), ESEM micrographs, EDAX and X-ray analysis of natural hydroxyiapatite were obtained and the results were compared with a commercial HAp powder. In order to get porous HAp structures, naphthalene was added to HAp powder with particle sizes ^ 300 urn. Porous samples with porosity around 100 um were produced. As napthalene composition in the mixture increased, only the pore density increased, but not the pore size. ESEM images of dense and porous HAp structures were obtained and examined. Keywords'. Hydroxyiapatite, animal bone, deproteinization.

HAYVAN KEMİ?İNDEN ffiDROKSILAPATTT URETBVH ÖZET HidroksilapatH (HAp)s diş hekimliği ve ortopedide kullanılan biyouyumluluğu çok yüksek seramik bir malzemedir. HAp, doğal kemik ve dişten üretim veya anorganik sentez yöntemi olmak üzere başlıca iki şekilde elde edilmektedir. Bu çalışmada HAp, dana femurundaki organik fazın NaOH kullanılarak ayrıştırılması (degredasyon - deproteinizasyon) yöntem İle elde edilmiştir. Deprotemizasyon yöntemindeki çözelti derişimi (konsantrasyon) ve sıcaklık parametreleri değiştirilerek HAp üretiminin en verimli koşulları araştırılmıştır. Sıcaklık arttıkça düşük konsantrasyonlu çözeltilerdeki reaksiyon süreleri kısalmaktadır. Elde edilen HAp, 850°C'de 8 saat kalsine edilmiş, öğütülmüş, parçacık büyüklüğünün < 300 pm olması için elekten geçirilmiştir. Doğal hidroksilapatitm kızılötesi spektrumu (FTIR) ve elektron mikroskobu görüntüleri (ESEM) elde edilmiş, EDAX ve X- ışmı analizleri yapılmış ve sonuçlar ticari bir HAp tozu ile karşıîaştırılmıştîr. Gözenekli yapıda HAp elde etmek için parçacık büyüklüğü < 300 um olan HAp tozuna naftalin eklenmiştir. Gözenekleri 100 um civarında olan numuneler üretilmiştir. Karışımdaki naftalin miktarı arttıkça, gözenek büyüklüğü değil sadece gözenek yoğunluğu artmıştır. Yoğun ve gözenekli HAp yapılarının ESEM görüntüleri elde edilmiş ve incelenmiştir. Anahtar Sözcükler: Hidroksilapatit, hayvan kemiği, deproteinizasyon.VI TABLE OF CONTENTS Page ACKNOWLEDGEMENTSiii ABSTRACTiv ÖZETv LIST OF FIGURESviii LIST OF TABLESxni LIST OF SYMBOLSxiv 1. INTRODUCTION1 2. BIOMATERIALS4 2.1 Bioceratfflcs10 2.1.1 Aluminum Oxides16 2.1.2. Glass-Ceramics17 2.1.3. Calcium Phosphates19 2.1.4. Other Ceramics23 2.2 Hydroxylapatite and Its Properties23 2.3 Structure and Properties of Bone25 2.3.1 General Properties of Bone25 2.3.2 Mechanical Properties of Bone30 2.3.3 Electrical Properties of Bone32 3. PRODUCTION OF HYDROXYLAPATITE34 3.1. Production of Hydroxylapatite From Bone34 3.2. Production of Hydroxylapatite by Inorganic Synthesis.,39 4. CALCINING and SINTERING...................44 4. 1 General Information44 4.2 Sintering of Cafcium Phosphates46 4.2.1 Firing Wet Slurries47 4.2.2 Firing Compacted Powders48 5. IMPLANT APPLICATIONS IN HIP AND KNEE SURGERY57 5.1. Hip Implantsk57 5.2 Knee Implants62