ผลของการเติมอนุภาคไฮดรอกซีอะพาไทต์ต่อสมบัติของซีเมนต์กระดูกประเภทแคลเซียมฟอสเฟต

EFFECTS OF HYDROXYAPATITE ADDITIONS ON PROPERTIES OF CALCIUM PHOSPHATE BONE CEMENT

Name: ณัฐกานต์ โกษาจันทร์

Abstract: งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาผลของการเติมอนุภาคไฮดรอกซีอะพาไทต์ต่อสมบัติของซีเมนต์กระดูกประเภทแคลเซียมฟอสเฟตเพื่อใช้เป็นวัสดุทดแทนกระดูก ซึ่งขั้นตอนในการศึกษานี้ประกอบด้วย (1) การสังเคราะห์อนุภาคของไฮดรอกซีอะพาไทต์สำหรับใช้เป็นตัวเร่งการก่อตัว ด้วยวิธีเมคาโนเคมิคอล และศึกษาผลของการใช้ตัวกลางที่เป็นเอทานอลเปรียบเทียบกับตัวกลางที่เป็นน้ำ เมื่อใช้ความเร็วรอบ 200 400 และ 600 รอบต่อนาที เป็นเวลานาน 15-180 นาที จากการศึกษาพบว่าอนุภาคที่ได้จากการบดโดยใช้ตัวกลางที่เป็นเอทานอลมีแนวโน้มที่จะลดลงเมื่อเพิ่มความเร็วรอบหรือเวลาในการบดโดยไม่มีผลต่อการเปลี่ยนเฟส ซึ่งแตกต่างจากการใช้ตัวกลางที่เป็นน้ำ เมื่อเพิ่มความเร็วรอบหรือเวลาในการบดมีผลทำให้เกิดการเปลี่ยนทั้งเฟสและรูปร่างของอนุภาค โดยขนาดอนุภาคจะใหญ่ขึ้นเมื่อเพิ่มความเร็วรอบหรือเวลาในการบด เนื่องจากเกิดปฏิกิริยาเมคาโนเคมิคอลส่งผลให้ไดแคลเซียมฟอสเฟตไดไฮเดรตกับแคลเซียมคาร์บอเนตซึ่งเป็นสารตั้งต้นเปลี่ยนเฟสเป็นไฮดรอกซีอะพาไทต์ที่มีความเป็นผลึกต่ำ มีรูปร่างเป็นแผ่นและทรงกลมขนาดเล็กเกาะกันเป็นกลุ่ม เมื่อนำไปเผาแคลไซด์ที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส อนุภาคของไฮดรอกซีอะพาไทต์จะมีความเป็นผลึกมากขึ้นและเปลี่ยนรูปสัณฐานแป็นทรงกลม โดยมีขนาดประมาณ 50-300 นาโนเมตร ขนาดผลึกประมาณ 443 นาโนเมตร (2) เตรียมซีเมนต์จากการผสมไดแคลเซียมฟอสเฟตไดไฮเดรตกับแคลเซียมคาร์บอเนต ตลอดจนศึกษาปัจจัยที่มีผลต่อการก่อตัวของซีเมนต์ (สารเพื่อช่วยเร่งการก่อตัว อัตราส่วนของผงซีเมนต์ต่อของเหลวที่เหมาะสม) จากการทดลองพบว่าการเติมไดโซเดียมไฮโดรเจนฟอสเฟตมีผลต่อการก่อตัวของผงซีเมนต์นี้มากที่สุด เมื่อเพิ่มความเข้มข้นมากขึ้นจะทำให้เวลาในการก่อตัวลดลงจากที่ไม่ก่อตัวเป็นใช้เวลาในการก่อตัวเท่ากับ 5.0 นาที เมื่อผสมกับไดโซเดียมไฮโดรเจนฟอสเฟต 30 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก โดยไม่มีผลต่อการเปลี่ยนเฟส (3) ศึกษาผลของการเติมอนุภาคของไฮดรอกซีอะพาไทต์ต่อสมบัติของแคลเซียมฟอสเฟตซีเมนต์ เมื่อเติมอนุภาคของไฮดรอกซีอะพาไทต์ในอัตราส่วนต่างๆ กันตั้งแต่ 5-30 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักในซีเมนต์ที่ได้จากการผสมผงไดแคลเซียมฟอสเฟตไดไฮเดรตกับแคลเซียมคาร์บอเนต และไดโซเดียมไฮโดรเจนฟอสเฟต 30 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก จากการทดลองพบว่าการเติมอนุภาคของไอดรอกซีอะพาไทต์ช่วยลดเวลาในการก่อตัวจาก 5.0 นาที เป็น 4 นาที ความแข็งแรงเชิงกดเท่ากับ 7 เมกะปาสคาล เมื่อเติมอนุภาคของไฮดรอกซีอะพาไทต์ 20 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก นอกจากนี้การเกิดปฏิกิริยาในการก่อตัวของของซีเมนต์นี้ยังก่อให้เกิดความร้อนน้อยมากเมื่อทดสอบด้วยเทคนิคทางความร้อน (DSC) ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าการเติมอนุภาคของไฮดรอกซีอะพาไทต์สามารถช่วยลดเวลาในการก่อตัว และเพิ่มความแข็งแรงเชิงกด สามารถนำไปใช้เป็นวัสดุทดแทนกระดูก

Abstract: The aim of this work was to study the effect of hydroxyapatite (HA) particle additions on properties of calcium phosphate cement to be used as a bone replacement material. The experiment consists of three major steps. The first step of studying is synthesis of HA powder using a mixture of dicalcium hydrogen phosphate dihydrate (CaHPO4.2H2O) and calcium carbonate (CaCO3) via a mechanochemical method. The aim of this work was to study the effect of solution system, rotation speed and duration time on the final products. The result shows that the milling conditions have not effected on phase transformation of CaHPO4.2H2O and CaCO3 mixture in ethanol system. But, HA having low crystalline structure can be obtained in the water system at the same experimental conditions. Uncalcined powder agglomerates as spherical and plate-like structures. After calcination at 800oC, the calcined powder (HA; W400_180) has a crystalline size 443 nm and a spherical morphology of 50-300 nm. The second step is preparation and study of the effects of powder to liquid ratio and acid-base hardening accelerator on properties of calcium phosphate cement. The results show that Na2HPO4 had a significant effect on setting time. The setting time decreased with increasing Na2HPO4 and the shortest setting time in this study was 5 min at 30 wt.% Na2HPO4. Although, the amount of Na2HPO4 has a significant effect on setting time, but it has not affected on the phase transformation of the cement. The final step is study of the effect of HA particle additions on properties of calcium phosphate cement. CaHPO4.2H2O mixed with CaCO3 and 30 wt.% Na2HPO4 is used as calcium phosphate based cement. Addition of HA powder to cement base results that exhibited good setting times. The shortest setting time is approximately 4 min and compressive strength is 7 MPa at 20wt.% HA additions. This study shows that calcium phosphate cement with HA particle additions can be used as the bone cement in medical applications.

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. สำนักงานวิทยทรัพยากร

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: ศิริธันว์ เจียมศิริเลิศ

Role: ที่ปรึกษา

Name: สุพัตรา จินาวัฒน์

Role: ที่ปรึกษาร่วม

Name: อังคณา เจริญวรลักษณ์

Role: ที่ปรึกษาร่วม

Created: 2557

Modified: 2562-09-01

Issued: 2562-09-01

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/56112

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วัสดุศาสตร์

Grantor: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

©copyrights จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	5273810623[1].pdf	8.91 MB	2	2023-11-30 10:50:50

ใช้เวลา

0.042108 วินาที