Search papers

Article details

  • Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials
  • Vol: 62, Issue: 3, 2010
  • pp: 355-362

download: article (EN)

Development and Mechanical Characterization of Hydroxyapatite Micro/Macro-Porous Scaffolds by an Innovative Gel-Casting Process

Abstract (EN)

An innovative gel-casting process was developed in order to obtain micro and macro porous hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2, HA) scaffolds to be used in regenerative medicine for bone tissue reconstruction. The micro-porous materials were prepared using HA suspensions having different solid loadings (in the range of 55 - 60 wt%) and gelling agent contents (in the range of 0.3 - 0.75 wt%). After the set-up of the operative parameters, macro-porous components were also prepared by using commercial polyethylene spheres (PE), sieved in the range 355 - 420 mm, as a fugitive agent, added to the ceramic suspensions before casting. The PE amount was fixed for obtaining a porosity of 60 vol.% in the fired materials. The mechanical investigation was carried out on both dense and porous samples. The compressive tests, 4-point bending tests and micro-hardness measurements were performed in order to determine Young’s modulus, compressive strength, ultimate tensile stress and fracture toughness. Good correlations between mechanical properties were found. The results obtained for micro and macro-pororous specimens were related with a model based on the ideal cell. An extensive microstructural characterization was carried out by SEM and coupled to mechanical data in view of the validation of modelling tools based on DIB-FEA (digital image based finite element analysis) procedures.

Keywords (EN): Hydroxyapatite, Micro/macro-porous scaffolds, Mechanical properties, DIB-FEA

Rozwój i charakterystyka mechaniczna mikro/makroporowatych rusztowań hydroksyapatytowych otrzymanych za pomocą innowacyjnego procesu odlewania żelowego

Palmero P., Lombardi M., Montanaro L., Tirillò J., Bartuli C., Valente T., Marcassoli P., Cabrini M.

Abstract (PL)

Rozwinięto innowacyjny proces odlewania żelowego w celu otrzymania mikro i makroporowatych rusztowań hydroksyapatytowych (Ca10(PO4)6(OH)2, HA) przeznaczonych do wykorzystania w medycynie regeneracyjnej do rekonstrukcji tkanki kostnej. Mikro-makro porowate materiały przygotowano przy wykorzystaniu zawiesin HA o różnej zawartości fazy stałej (w zakresie 55-60 % wag.) i czynnika żelującego (w zakresie 0.3-0.75 % wag.). Po ustaleniu obowiązujących parametrów, makrporowate komponenty zostały przygotowane z wykorzystaniem komercyjnych kul polietylenowych  (PE), wysianych w przedziale 355 - 420 mm, jako uchodzący składnik, dodawany do zawiesin przed odlewaniem. Ilość PE została ustalona tak aby w wypalonych materiałach otrzymać porowatość wynoszącą of 60 % obj. Badania właściwości mechanicznych przeprowadzono na próbkach zarówno gęstych, jak i porowatych. Przeprowadzono testy ściskania, 4-punktowego zginania i pomiary mikrotwardości, aby oznaczyć moduł Younga, wytrzymałość na ściskanie, ostateczną wytrzymałość na zginanie i odporność na pękanie. Stwierdzono dobrą korelację pomiędzy właściwościami mechanicznymi. Wyniki uzyskane w przypadku mikro- i makroporowatych próbek powiązano z modelem opartym na komórce idealnej. Przeprowadzono obszerną charakterystykę mikrostrukturalną za pomocą SEM w odniesieniu do wyników badań właściwości mechanicznych w celu oceny poprawności narzędzi modelujących opartych na procedurze DIB-FEA (digital image based finite element analysis – odwzorowanie cyfrowe oparte na analizie elementów skończonych).

Keywords (PL): hydroksyapatyt, mikro/makroporowate rusztowanie, właściwości mechaniczne, DIB-FEA

return…