Nanoparticule de Titanat de Bariu Utilizate în Osteointegrare

Ă

Domeniu: Alte domenii

Conține 1 fișier: doc

Pagini : 20 în total

Cuvinte : 3699

Mărime: 5.83MB (arhivat)

Publicat de: Rares N.

Puncte necesare: 6

Profesor îndrumător / Prezentat Profesorului: Prof. Dr. Ing. Ecaterina Andronescu

Facultatea de Inginerie Medicala

Universitatea Politehnica Bucuresti, Bucuresti

Descarcă acum

INTRODUCERE 1
CAPITOLUL 1 - TITANATUL DE BARIU 2
1.1. TITANATUL DE BARIU 2
1.1.1. Ce este titanatul de bariu? 2
1.1.2. Fazele polimorfe ale titanatului de bariu 2
1.2. METODE DE OBȚINERE ALE TITANATULUI DE BARIU 3
1.2.1. Metoda coprecipitării 3
1.2.2. Metoda Sol-Gel 4
1.2.3. Metoda reacției în stare solidă 4
1.3. UTILIZĂRI GENERALE ALE TITANATULUI DE BARIU 5
CAPITOLUL 2 - OSTEOINTEGRAREA 6
3.1. OSTEOINTEGRAREA 6
3.1.1. Ce este osteointegrarea? 6
3.1.2. Istoricul osteointegrării 6
3.1.3. Mecanismul osteointegrării 7
CAPITOLUL 3 - APLICABILITATEA BATIO3 ÎN OSTEOINTEGRARE 8
3.1. GENERAL 8
3.2. PRINTAREA 3D 8
3.2.1. Materiale si procesare 8
3.2.2. Sinterizarea 10
3.2.3. Aplicații medicale 12
3.3. PLACAREA SCAFFOLDURILOR CU BATIO3 12
3.3.1. Materiale utilizate si tehnici de analiza 12
3.3.2. Prepararea scaffoldurilor din aliaj de Ti 13
3.3.3. Prepararea stratului piezoelectric de BaTiO3 13
3.3.4. Analiza SEM 13
3.3.5. Analiza micro-CT 14
CONCLUZII 16
BIBLIOGRAFIE 17

1. Oxizi perovskite

Materialele ce prezintă o structură cristalină de același tip cu aceea a titanatului de calciu (CaTiO3) sau XIIA2+VIB4+X2-3 cu oxigen în fețele centrale are o structura perovskite.[1]

Formula chimică generală a unui amestec perovskit este ABX3, unde „A” și „B” reprezintă 2 cationi de mărimi diferite, iar X este un anion ce leagă cei doi cationi. Atomii „A” sunt mai mari în dimensiune decât atomii „B”. Simetria cubică ideală are cationii „B” în 6 grupări de coordinare, înconjurate de anioni în formă de octaedru, iar cationii „A” în 12 grupări de coordinare cub-octaedrale. O oarecare asimetrie poate cauza posibilitatea în care numerele de coordinare ale cationilor „A” și „B” să se reducă.[1]

2. Structura de tip perovskite

Fig. i.1. Faza cubica perovskite

Luând în considerare formula generală ABX3, și fig. i1, putem spune că în celulele unitate ideale de tip cubic ale acestor compuși, atomii de tip „A” (în cazul nostru Ba2+) sunt plasați în centrul cubului, atomii de tip „B” (în cazul nostru Ti4+) sunt plasați în colțurile cubului, iar atomii de tip „X” (de obicei atomii de O) sunt plasați în centrul laturilor cubului.[2]

CAPITOLUL 1

- TITANATUL DE BARIU -

1.1. Titanatul de bariu

1.1.1. Ce este titanatul de bariu?

Fig 1.1 Faze polimorfe ale BaTiO3

Titanatul de bariu este un material ceramic feroelectric (în toate fazele, excepție cea cubică), de tip perovskit, ce prezintă proprietăți piezoelectrice și efect fotorefractiv. Din punct de vedere chimic, el este compus din bariu, titan și oxigen, având formula BaTiO3. Sub formă de pulbere, compusul are o culoare albă, iar atunci când este preparat sub formă de cristale de dimensiuni mari, este transparent. [3]

1.1.2. Fazele polimorfe ale titanatului de bariu

Solidul poate exista în una din 4 faze polimorfe în funcție de temperatură. De la temperatură înaltă la temperatură joasă, aceste faze pot fi: cubică (fig. i.1.), tetragonală, ortorombică și romboedrică (fig 1.1). [4]

Exceptând faza cubică, în toate celelalte faze se regăsește proprietatea de feroelectricitate.

[1] Ghe. Brezeanu, “High-K Dielectrics in Nanoelectronics” Seminarul National de Nanostiinta si nanotehnologie - Universitatea „Politehnica” Bucuresti, 2010

[2] Resurse online - https://en.wikipedia.org/wiki/Perovskite_(structure)

[3] Ecaterina Andronescu, Marin Cernea, Dana, Maria Neacșu - Ceramică dielectrică din Nanoparticule de titanat de bariu, Editura POLITEHNICA Press, 182 pg., 2004;

[4] H.P. Beck, W. Eiser, R. Haberkorn , Pitfalls in the synthesis of nanoscaled perovskite type compounds, Part I: influence of different sol-gel preparation methods and characterization of nanoscaled BaTiO3 doi:10.1016/S0955-2219(00)00270-3

[5] G.H. Haertling, J. Am. Ceram. Soc., 82 (1999) 797

[6] V. Vinothini, P. Singh, Ceram. Int. 32 (2006) 99.

[7] S.Tanasescu, D.Berger, A.Orasanu, N.D.Totir "High Temperature Thermodynamic Properties of Ca- and Sr - Doped LaCrO3" The 12th Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, Bucharest 2001, Vol. "Science and engineering of oxide materials", Proceedings of the 12th Romanian International Conference on Chemistry and Chemical engineering (RICCE 12), septembrie 2001, pag 157.

[8] Z. Lazarevic, B.D. Stojanovic, J.A. Varela, Sci. Sintering, 37 (2005) 199.

[9] S.Tanasescu, D.Berger, A.Orasanu, N.D.Totir "High Temperature Thermodynamic Properties of Ca- and Sr - Doped LaCrO3" The 12th Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, Bucharest 2001, Vol. "Science and engineering of oxide materials", Proceedings of the 12th Romanian International Conference on Chemistry and Chemical engineering (RICCE 12), septembrie 2001, pag 157.

[10] Waugh, Mark D (2010). "Design solutions for DC bias in multilayer ceramic capacitors"

[11] Genchi, G.G.; Marino, A.; Rocca, A.; Mattoli, V.; Ciofani, G. (5 May 2016). "Barium titanate nanoparticles: Promising multitasking vectors in nanomedicine"

[12] Tateyama Y., Morita Y., Tanaka K., Katayama T., Nakamachi E. (2009) Effects of BaTiO3 Piezoelectric Thin Film Coating on Activity of Rat Bone Marrow Cell. In: Dössel O., Schlegel W.C. (eds) World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, September 7 - 12, 2009, Munich, Germany. IFMBE Proceedings, vol 25/10. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-03900-3_81

[13] Resurse online - https://en.wikipedia.org/wiki/Osseointegration

[14] Rudy, Robert; Levi, Paul A; Bonacci, Fred J; Weisgold, Arnold S; Engler-Hamm, Daniel (2008). "Intraosseous anchorage of dental prostheses: an early 20th century contribution". Compend Contin Educ Dent.

[15] Bothe, RT; Beaton, KE; Davenport, HA (1940). "Reaction of bone to multiple metallic implants". Surg Gynecol Obstet.

[16] Leventhal, Gottlieb (1951). "Titanium, a metal for surgery"

[17] Wang, Yulan & Zhang, Yufeng & Miron, Richard. (2015). Health, Maintenance, and Recovery of Soft Tissues around Implants: Soft Tissues around Implants. Clinical implant dentistry and related research. 18. 10.1111/cid.12343.

[18] Albrektsson, T; Johansson, C (2001). "Osteoinduction, osteoconduction and osseointegration". Eur Spine J.

[19] Davies, J (2003). "Understanding peri-implant endosseous healing". J Dent Educ.

[20] Thuvander, M; Andersson, M (2014). "Atomically resolved tissue integration". Nano Lett.

[21] Itoh S, Nakamura S, Nakamura M, Shinomiya K, Yamashita K. Enhanced bone ingrowth into hydroxyapatite with interconnected pores by electrical polarization. Biomat. 2006;27:5572- 9.

[22] Baxter FR, Turner IG, Bowen CR, Gittings JP, Chaudhuri JB. An in vitro study of eletrically active hydroxyapatite-barium titanate ceramics using Saos-2 cells. J Mater Sci. 2009;20:1697- 708.

[23] Zarkoob H, Ziaei-Rad S, Fathi M, Dadkhah H. Synthesis, characterization and bioactivity evaluation of porous barium titanate with nanostructured hydroxyapatite coating for biomedical application. Adv Eng Mat. 2012;14:B322- 9.

[24] Ball JP, Mound BA, Nino JC, Allen JB. Biocompatible evaluation of barium titanate foamed ceramic structures. J Biomed Mater Res A. 2014;102:2089- 95.

[25] Schult, M., Buckow, E., & Seitz, H. (2016). Experimental studies on 3D printing of barium titanate ceramics for medical applications, Current Directions in Biomedical Engineering

[26] Spath S, Drescher P, Seitz H. Impact of particle size of ceramic granule blends on mechanical strength and porosity of 3D printed scaffolds. Materials. 2015;8:4720- 32.

[27] Spath S, Seitz H. Influence of grain size and grain-size distribution on workability of granules with 3D printing. Int J Adv Manuf Tech. 2014;70:135- 44.

[28] Chatterjee S, Stojanovic BD, Maiti HS. Effect of additives and powder preparation techniques on PTCR properties of barium titanate. Mater Chem Phys 2003;78:702- 10.

[29] Current Directions in Biomedical Engineering 2, 1; 10.1515/cdbme-2016-0024

[30] I.P. Schmitz, J.O. Hollinger, The critical size defect as an experimental model for cranium and ibulofacial nonunions, Clin. Orthop. Relat. Res. 205 (1986) 299- 308.

[31] Jiao, Wentao Hou, Electroactive barium titanate coated titanium scaffold improves osteogenesis and osseointegration with low-intensity pulsed ultrasound for large segmental bone defects, Bioactive Materials, Volume 5, Issue 4, 2020, Pages 1087-1101, ISSN 2452-199X, https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2020.07.001.