Bioactive Glasses with Low Ca/P Ratio and Enhanced Bioactivity

Abstract

Three new silica-based glass formulations with low molar Ca/P ratio (2–3) have been synthesized. The thermal properties, the crystalline phases induced by thermal treatments and the sintering ability of each glass formulation have been investigated by simultaneous differential scanning calorimetry-thermogravimetric analysis (DSC-TG), X-ray diffraction (XRD) and hot stage microscopy (HSM). The glasses exhibited a good sintering behavior, with two samples achieving shrinkage of 85%–95% prior to crystallization. The bioactivity of the glasses in simulated body fluid (SBF) has been investigated by performing XRD and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) on the samples prior and after immersion. The glasses with lower MgO contents were able to form a fully crystallized apatite layer after three days of immersion in simulated body fluid (SBF), while for the glass exhibiting a higher MgO content in its composition, the crystallization of the Ca–P layer was achieved after seven days. The conjugation of these properties opens new insights on the synthesis of highly bioactive and mechanically strong prosthetic materials.

Composition of chitosan-hydroxyapatite-collagen composite scaffold evaluation after simulated body fluid immersion as reconstruction material

“…The negative surface attracts Ca 2+ in SBF and forms calcium-rich calcium phosphate; calcium aggregation attracts PO4 3-, and the process continues [11]. Calcium phosphate layers increase the Ca/P ratio and attract minor ions from the SBF, such as Na + , Mg 2+ , and Cl - [12]. This increase occurred in our study: neither Mg 2+ nor Cl -was initially detected, but the percentage rose after SBF immersion.…”

Kesan Kandungan Fosfat Berbeza terhadap Pembentukan Morfologi Permukaan, Penghabluran, Fasa, Ikatan Kimia dan Kekuatan Mampatan Bio-kaca Sol-Gel Tersinter

“…Kandungan fosfat merupakan komponen mudah meruap dalam komposisi kaca (Juhasz & Best 2012). Selain itu, kaca yang berasaskan fosfat (> 40% mol P 2 O 5 ) dileburkan pada suhu 1100°C (Rajendran et al 2007;Thonglem et al 2010) berbanding kaca berasaskan silikat yang perlu dileburkan dalam julat suhu 1350-1550°C (Araújo et al 2016;Brovarone et al 2008;Lin et al 2012). Ini menunjukkan fosfat mempunyai takat lebur yang relatifnya lebih rendah (sekitar 1200°C) berbanding komponen lain (seperti silika) dalam kaca tersinter menyebabkannya terlebur semasa disinter dan seterusnya membentuk fasa berkaca pada permukaan.…”

“…Ini memberikan indikasi bahawa fasa berhablur berasaskan Ca terbentuk pada ketiga-tiga matriks kaca tersinter. Kajian sebelum ini menunjukkan bahawa kawalan terhadap komposisi fasa berhablur dalam matriks kaca tersinter dapat dilakukan dengan mengubah kandungan kalsium oksida kaca (Araújo et al 2016 tersinter SiCa4P dan SiCa4P3 mengandungi peratusan unsur dengan turutan ketinggian Ca > O > Si > P pada mikrostruktur berhablur (Jadual 6 & 7). Sebaliknya, SiCa4P4 mengandungi peratusan unsur dengan turutan ketinggian iaitu Ca > O > P > Si pada morfologi berhablur yang mana unsur P meningkat melebihi peratusan unsur Si (Jadual 8).…”

“…Ini merujuk kepada kehadiran puncak spektrum sekitar 1210 cm -1 (regangan asimetri kumpulan P-O dalam unit struktur Q 1 ) (Catauro et al 2015), 1140 cm -1 (lenturan Si-O-P) (Zhao et al 2010), 1030 cm -1 (regangan P-O) dan 1000 cm -1 (lenturan P-O-P didalam P 2 O 5 ) (Mozafari et al 2010). Kehadiran kumpulan berfungsi Si-O-P dan P-O-P menunjukkan berlaku pembentukan rangkaian 3D tetrahedra silikat-fosfat kaca yang lebih stabil dengan peningkatan kandungan fosfat (Araújo et al 2016). Kehadiran puncak spektrum berkembar pada 609 dan 565 cm -1 (P-O hablur) menunjukkan kehadiran fasa berhablur fosfat dalam matriks kaca tersinter .…”

“…Menurut kajian sebelum ini, pertindihan kedua-dua spektrum tetrahedra ini menunjukkan berlaku pembentukan dan pemisahan fasa kaya silikat dan fasa kaya fosfat dalam matriks kaca tersinter. Fenomena ini dijangkakan apabila dua ion valensi tinggi seperti Si 4+ dan P 5+ hadir bersama-sama dalam komposisi kaca (Araújo et al 2016;Bellucci et al 2010;Lefebvre et al 2008). Seperti yang telah dibincangkan dalam analisis morfologi dan unsur permukaan, peningkatan kandungan fosfat sehingga 20% mol meningkatkan peratusan unsur P pada morfologi berhablur dan pada masa sama meningkatkan peratusan unsur Si pada morfologi beramorfus kaca tersinter (Jadual 5 dan 8).…”