SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF BONE CEMENT BASED ON NEW BIOACTIVE GLASS CERAMIC WITH PMMA MATERIALS

Abstract

ABSTRACT

Synthesis and characterization of modified 45S5 bioglass ceramic analogues with varying concentrations of V2O5. The bioglass compositions, including SiO2, CaO, NaO, P2O5, B2O3, and V2O5. The V2O5 was added using a melt-quenching technique, resulting in different compositions labelled NCSB(X)V, where X represents the weight percentage of V2O5 (1%, 3%, and 5%). The mixture of oxides and V2O5 was melted in an electric furnace at 1100 ℃ for 2 hours, then cooling in distilled water. The resulting powders were milled, sintered at 800 °C for four hours, and analyzed using X-ray diffractometry. Sintering was essential to obtain an amorphous material. The ground sintered bioglass ceramics were produced using a rotary mill, and a TG/DTA analysis was conducted to determine the glass transition temperature (Tg), the temperature at which crystallization began (Tc onset), and the temperature at which it peaked (Tc).

The result shows that after 7 days of immersion, two new apatite peaks appeared, and after 14 days, all peaks became identical, indicating good crystalline phase formation. The presence of V2O5 affected the crystal size and lattice strain, resulting in broader XRD patterns. V2O5 hindered the formation of large apatite crystals and promoted the agglomeration of amorphous calcium phosphate. The combination of apatite with boron resulted in increased lattice constants due to calcium's smaller ionic radius than boron. XRD patterns and FTIR spectra confirmed the formation of low-crystallinity calcium phosphate crystals. The formation of hydroxyapatite (HA) and hydroxyapatite cluster (HCA) crystals on the surfaces of bioactive glass ceramics. SEM and EDX analysis showed that HA formation initiated on day 3, while HCA cluster crystals started forming on day 21. The dissolution process decreased sample weight as Ca2+ and PO43- ions were released from the glass matrix into the surrounding simulated body fluid (SBF) solution. It was hypothesized that an intermediate vanadium ion played a role in loosening the borosilicate glass network by forming BO3 groups in a triangular shape. At different stages, C-O and P-O functional groups facilitated the formation of HCA layers. Based on these findings, bioactive glass ceramics containing borate and V2O5 are considered promising materials for medical applications. Commercial PMMA bone cement is modified by incorporating varying filler loadings of synthesized glass-ceramic. The study investigated the effect of filler content on the setting and handling properties of bone cement. As the amount of filler increased, the peak temperature during the setting reaction decreased, and all filled bone cement samples exhibited lower peak temperatures compared to the control (unfilled) sample. However, no clear trend was observed in the setting time with increased filler loads. On the other hand, the dough time decreased with increased filler loading. Based on the findings, it was concluded that bone cement containing 10 and 20 wt% glass-ceramic filler loading demonstrated optimal setting and handling properties.

ÖZET

Değişken konsantrasyonlarda V2O5 ile değiştirilmiş 45S5 biyocam seramik analoglarının sentezi ve karakterizasyonu. SiO2, CaO, NaO, P2O5, B2O3 ve V2O5 dahil biyocam bileşimleri. V2O5, eriterek söndürme tekniği kullanılarak ilave edildi ve NCSB(X)V olarak etiketlenen farklı bileşimler elde edildi; burada X, V2O5 'in ağırlık yüzdesini (%1, %3 ve %5) temsil eder. Oksitler ve V2O5 karışımı elektrikli bir fırında 1100 ℃'de 2 saat eritildi, ardından damıtılmış suda soğutuldu. Nihai tozlar öğütüldü, 800 °C'de dört saat sinterlendi ve X-ışını difraktometrisi kullanılarak analiz edildi. Amorf bir malzeme elde etmek için sinterleme esastır. Öğütülmüş sinterlenmiş biyocam seramikler bir döner değirmen kullanılarak üretildi ve cam geçiş sıcaklığını (Tg), kristalleşmenin başladığı sıcaklığı (Tc başlangıcı) ve zirve yaptığı sıcaklığı (Tc) belirlemek için bir TG/DTA analizi yapıldı. ). Sonuç, 7 günlük daldırmadan sonra iki yeni apatit pikinin ortaya çıktığını ve 14 gün sonra tüm piklerin aynı hale geldiğini ve iyi bir kristal faz oluşumuna işaret ettiğini gösterir. V2O5 'in varlığı, kristal boyutunu ve kafes gerilimini etkileyerek daha geniş XRD modelleriyle sonuçlandı. V2O5, büyük apatit kristallerinin oluşumunu engelledi ve amorf kalsiyum fosfatın topaklanmasını destekledi. Apatitin bor ile kombinasyonu, kalsiyumun bordan daha küçük iyonik yarıçapına bağlı olarak kafes sabitlerinin artmasına neden oldu. XRD desenleri ve FTIR spektrumları, düşük kristallikte kalsiyum fosfat kristallerinin oluşumunu doğruladı. Biyoaktif cam seramiklerin yüzeylerinde hidroksiapatit (HA) ve hidroksiapatit kümesi (HCA) kristallerinin oluşumu. SEM ve EDX analizi, HA oluşumunun 3. günde başladığını, HCA küme kristallerinin ise 21. günde oluşmaya başladığını gösterdi. Çözünme işlemi, Ca2+ ve PO43- iyonları cam matristen çevredeki simüle edilmiş vücut sıvısına (SBF) salındıkça numune ağırlığını düşürdü. çözüm. Bir ara vanadyum iyonunun, üçgen şeklinde BO3 grupları oluşturarak borosilikat cam ağının gevşemesinde rol oynadığı varsayılmıştır. Farklı aşamalarda, C-O ve P-O fonksiyonel grupları, HCA katmanlarının oluşumunu kolaylaştırdı. Bu bulgulara dayanarak, borat ve V2O5 içeren biyoaktif cam seramikler, tıbbi uygulamalar için umut verici malzemeler olarak kabul edilmektedir. Ticari PMMA kemik çimentosu, sentezlenmiş cam seramiğin değişen dolgu yükleri dahil edilerek modifiye edilir. Çalışma, dolgu içeriğinin kemik çimentosunun sertleşme ve işleme özellikleri üzerindeki etkisini araştırmıştır. Dolgu maddesi miktarı arttıkça, sertleşme reaksiyonu sırasında pik sıcaklık azaldı ve tüm doldurulmuş kemik çimentosu numuneleri, kontrol (doldurulmamış) numuneye kıyasla daha düşük pik sıcaklıklar sergiledi. Ancak artan dolgu yükleri ile priz süresinde net bir eğilim gözlenmemiştir. Diğer taraftan dolgu yüklemesi arttıkça hamur süresi kısalmıştır. Bulgulara dayanarak, ağırlıkça %10 ve %20 cam-seramik dolgu yükü içeren kemik çimentosunun optimum ayar ve kullanım özellikleri gösterdiği sonucuna varılmıştır.