Biocompatible ceramic matrix nanocomposites: preparation and investigation  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
76181
Type K
Principal investigator Balázsi, Csaba
Title in Hungarian Biokompatibilis kerámia mátrixú nanokompozitok előállítása és vizsgálata
Title in English Biocompatible ceramic matrix nanocomposites: preparation and investigation
Keywords in Hungarian hidroxiapatit, szilíciumnitrid, nanoszálak, biokompozitok
Keywords in English hydroxyapatite, silicon nitride, nanofibers, biocomposites
Discipline
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Nanotechnology (Materials technology)
Panel Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent Institute of Technical Physics and Materials Science (Research Center of Natural Sciences)
Participants Balázsi, Katalin
Gergely, Gréta
Handa, László
Horváth, Enikő
Kurunczi, Sándor
Lukács, István Endre
Tapasztó, Orsolya Éva
Tóth, Attila Lajos
Starting date 2008-10-01
Closing date 2012-10-31
Funding (in million HUF) 4.196
FTE (full time equivalent) 11.97
state closed project
Summary in Hungarian
A hidroxiapatit (Ca10(PO4)6(OH)2) általánosan ismert, mint jó bioaktívitással rendelkező, a kemény vagy lágy élőszövetbe könnyen beépülő csontszerű anyag. Ugyanakkor, a hidroxiapatit nem rendelkezik a szükséges mechanikai tulajdonságokkal, így, a megfelelő szilárdsággal és keménységgel ahhoz, hogy önmagában is alkalmazható legyen az ortopéd sebészetben. Jelen pályázatunkban a kompozit témában már előzetesen vizsgált módszerekkel, hidroxiapatitot por- vagy bevonat formájában tartalmazó biokompozitokat kívánunk előállítani és fejleszteni. Ehhez, olyan bioinert adalékokat és mátrixokat kívánunk felhasználni, mint a nagyszilárdságú szilíciumnitrid, alumínium oxid és cirkónium oxid. Megvizsgáljuk, hogy az említett biokompozitokban, a kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkező szénnanocsövek, milyen mechanizmusokkal és milyen hatásfokkal alkalmazhatók mint erősítőfázisok. A pályázat hangsúlyos környezetvédelmi és energiatakarékos szempontjai abban is megnyilvánulnak, hogy a hidroxiapatit színtézisét, szintetikus módszerek mellett, a korlátlan mennyiségben rendelkezésünkre álló természetes alapanyagokból, tojáshéjból és egyéb, kalciumban és foszforban gazdag melléktermékre alapozva tervezzük megvalósítani. A biokompozitok biokompatibilitási vizsgálatait nemzetközi együttműködés keretében végezzük el.
Summary
Hydroxiapatite (Ca10(PO4)6(OH)2) is generally known as a material with high bioactivity which may be easily implanted in leaving soft or hard tissue. In the same time, bioceramics made entirely of hydroxiapatite have relatively poor mechanical properties, low strength and low hardness, therefore their direct application to orthopaedic and dental surgeries is a difficult task. In this project, based on our erlier investigations, we aim to prepare and to develop biocomposites which contain hydroxiapatite in powder or layer form. Silicon nitride, alumina and zirconia will be used as bioinert matrices or additions with reliable mechanical properties. Carbon nanotubes with excellent mechanical properties will be also applied as reinforcing agents. Our investigations will focus on reinforcing mechanisms and microstructure-property relationship. Furthermore, importance will given to environmental and energy saving aspects. In this sense, besides to synthetic routes emphasis will be given to preparation processes of hydroxiapatites from biogenic (natural) materials that are available in large quantities in nature. The biocompatibility experiments will be performed by the help of international co-operations.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Új szerkezetű bioaktív nanohidroxiapatit alapú biokerámiákat és hibridkompozitokat állítottunk elő. A nanohidroxiapatit porok és kompozitok előállítási technológiáját optimalizáltuk. Szerkezeti és morfológiai vizsgálatokat végeztünk, in-vitro és in-vivo tesztekkel bizonyítottuk a nanohidroxiapatit kiváló bioaktivítását és csontpotló implantátumként való alkalmasságát. A biokompozitok készítéséhez, olyan bioinert mátrixokat használtunk, mint cellulóz acetát biopolimer nanoszálak vagy nagyszilárdságú szilíciumnitrid és cirkónium oxid. Megvizsgáltuk, hogy az említett biokompozitokban, a kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkező szénnanocsövek, milyen mechanizmusokkal és milyen hatásfokkal alkalmazhatók mint erősítőfázisok. A kutatási téma hangsúlyos környezetvédelmi és energiatakarékos szempontjai abban is megnyilvánultak, hogy a hidroxiapatit színtézisét korlátlan mennyiségben rendelkezésünkre álló természetes alapanyagokból, tojáshéjból és tengeri kagylóból, kalciumban gazdag melléktermékből valósítottuk meg. A biokompozitok biokompatibilitási vizsgálatait nemzetközi együttműködések keretében végeztük el.
Results in English
Bioactive nanohydroxyapatite based nanoceramics and hybridcomposites with novel structure have been realized. Optimization of preparation technologies of nanohydroxyapatite powders and composites has been done. Structural and morphological studies have been performed. In-vitro and in-vivo testings demonstrated the outstanding bioactivity of eggshell derived nanohydroxyapatites and their widespread applicability as bone regeneration agents. Bioinert matrices, such as nanofibrous cellulose actetate or bioinert silicon nitride and zirconia have been used for biocomposite processing. Carbon nanotubes posessing excellent mechanical properties were also applied as reinforcing agents. Our investigations have been focused on reinforcing mechanisms and microstructure-property relationship. Furthermore, importance was given to environmental and energy saving aspects. In this sense, besides emphasis was given to preparation processes of hydroxiapatites from biogenic (natural) materials that are available in large quantities in nature (eggshell, seashell). The biocompatibility experiments have been performed by the help of international co-operations.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=76181
Decision
Yes





 

List of publications

  
P Gouma, R Xue, C P Goldbeck, P Perrotta, C Balázsi: Nano-hydroxyapatite—Cellulose acetate composites for growing of bone cells, MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING 32:(3) pp. 607-612, 2012
Balázsi C, Bishop A, Yang J H C, Balázsi K, Wéber F, Gouma P I: Biopolymer-hydroxyapatite scaffolds for advanced prosthetics, COMPOSITE INTERFACES, 16:(2-3) pp. 191-200., 2009
Cs. Balázsi: Ceramic Nanocomposites for High Temperature, Sensor and Bio-applications, in Nanocomposites: Preparation, Properties and Performance, ed. Lorenzo H. Mancini and Christian L. Esposito, 2008, NOVA SCIENCE, ISBN 978-1-60456-798-4, pp. 201 – 225, 2008
Sang-Woon Lee, Seong-Gon Kim, Csaba Balázsi, Weon-Sik Chae, Hee-Ok Lee,: Comparative study of hydroxyapatite from eggshells and synthetic hydroxyapatite for bone regeneration, ORAL SURGERY ORAL MEDICINE ORAL PATHOLOGY ORAL RADIOLOGY AND ENDODONTICS 113:(3) pp. 348-355, 2012
K Balázsi, G Gergely, C-H Chae, H-Y Sim, J-Y Choi, S-G Kim, C Balázsi: Biogenic hydroxyapatite from eggshell as bone formation material, CELLS AND MATERIALS 24:(sul.1) p. 18, 2012
C Balázsi, G Gergely, R Xue, C Goldbeck, P.L. Perrotta, K Balázsi, P.I. Gouma: Biogenic nanosized hydroxyapatite / cellulose acetate composites for tissue engineering, European Cells and Materials Vol. 24. Suppl. 1, 2012 (page 35), 2012
K Balázsi, M Vandrovcová, L Bačáková, I Bertóti, C Balázsi: Development of biocompatible TiC/a:C nanocomposite barrier coating for dental implants, European Cells and Materials Vol. 24. Suppl. 1, 2012 (page 36), 2012
HaeYong Kweon, Kwang-Gill Lee, Chang-Hoon Chae, Csaba Balázsi, Soo-Kee Min, Jwa-Young Kim, Je-Yong Choi, Seong-Gon Kim: Development of Nano-Hydroxyapatite Graft With Silk Fibroin Scaffold as a New Bone Substitute, Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, Volume 69, Issue 6, June 2011, Pages 1578-1586, 2011
C Balázsi, G Gergely, F C Sahin, G Göller: Spark plasma sintered hydroxyapatite-zirkonia composites: structural and mechanical properties, 18TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPOSITE MATERIALS. pp. 1-3, 2012
Katalin Balázsi, Marta Vandrovcová, Lucie Bačáková, Csaba Balázsi, Imre Bertóti, François Davin, György Radnóczi: Mechanical behavior of bioactive TiC nanocomposite thin films, MATERIALS SCIENCE FORUM 729: pp. 296-301, 2013
Csaba BALÁZSI, Gréta GERGELY, Katalin BALÁZSI, Chang-Hoon CHAE, Hye-Young SIM, Je-Yong CHOI, Seong-Gon KIM: Bone formation with nano-hydroxyapatite from eggshell, MATERIALS SCIENCE FORUM 729: pp. 25-30., 2013
Gergely G, Wéber F, Lukács I, Tóth A L, Horváth Z E, Mihály J, Balázsi C: Preparation and characterization of hydroxyapatite from eggshell, CERAMICS INTERNATIONAL 36:(2) pp. 803-806., 2010
Gréta Gergely, Ferenc Wéber, István Lukács, Levente Illés, Attila L. Tóth, Zsolt E. Horváth, Judit Mihály, Csaba Balázsi: Nano-hydroxyapatite preparation from biogenic raw materials, Central European Journal of Chemistry, Vol. 8, Nr. 2, 375-381., 2010
Csaba Balázsi, Aisha Bishop, Jason Yang, Katarína Sedlácková, Ferenc Wéber, Pelagia Irene Gouma: Biopolymer-Hydroxyapatite Nanocomposite from Eggshell for Prospective Surgical Applications, Materials Science Forum Vol. 589 (2008) 61-65., 2008
G. Gergely, F. Wéber, E. Horváth, Cs. Balázsi,: Preparation of nano hydroxyapatite from eggshell and seashell, Proceedings of the 11th ECERS, Krakkó, Lengyelország, 21-25 Június pp.1-5., 2009
Tóth Mihály, Gergely Gréta, Wéber Ferenc, Lukács István Endre, Tóth Attila L., Horváth Zsolt E., C. Balázsi: Nanoszerkezetű hidroxiapatit-biopolimer kompozitok előállítása és vizsgálata, Anyagvizsgálók Lapja, ½ 8-15., 2010
Gergely G, Lukács IE, Tóth M, Illés L, Wéber F, Balázsi C: Hydroxyapatite – biopolymer mats by electrospinning, European Cells and Materials Vol. 20. Suppl. 3, (page 9), ISSN 1473-2262, IF: 5.378, 2010
Gergely G, Wéber F, Tóth M, Tóth AL, Horváth ZE, Balázsi C: Processing of nano hydroxiapatite from eggshell and seashell, MATERIALS SCIENCE FORUM 659: pp. 159-164., 2010
Gergely G, Lukács IE, Tóth M, Illés L, Wéber F, Tóth AL, Balázsi C: Production of hydroxyapatite- biopolymer mats by electrospinning, In: Kollár LP, Czigány T, Karger-Kocsis J (ed.) Proc. of the 14th European Conference on Composite Materials. Budapest, Hungary, pp. 1-6., 2010
Gouma PI, Ramachandran K, Firat M, Connolly M, Zuckermann R, Balazsi Cs, Perrotta PL, Xue R: Novel bioceramics for bone implants, in Advances in Bioceramics and Porous Ceramics II, ed. Roger Narayan, Paolo Colombo, Dileep Singh, Jonathan Salem, Advances in Bioceramics and Porous Ceramics II, 2010
Tóth M, Gergely G, Lukács IE, Wéber F, Tóth AL, Illés L, Balázsi C: Production of polymer nanofibers containing hydroxyapatite by electrospinning, MATERIALS SCIENCE FORUM 659: pp. 257-262., 2010
Orsolya Tapasztó, Levente Tapasztó, Márton Markó, Frank Kern, Rainer Gadow, Csaba Balázsi: Dispersion patterns of graphene and carbon nanotubes in ceramic matrix composites, Chemical Physics Letters, Volume 511, Issues 4-6, 5 August 2011, Pages 340-343, 2011
Balázs Fényi, Péter Arató, Ferenc Wéber, Norbert Hegman, Csaba Balázsi: Electrical Examination of Silicon Nitride – Carbon Composites, Materials Science Forum Vol. 589 (2008) 203-208., 2008
Csaba Balázsi, Katarína Sedláčková, Zsolt Czigány: Structural characterization of Si3N4-carbon nanotube interfaces by transmission electron microscopy, Composites Science and Technology 68 (2008) 1596-1599., 2008
B. Fényi, A. Platzer, N. Hegman, Cs. Balázsi: Infrared Examination of Electrically Conductor Si3N4 Nanocomposites, Materials Science Forum Vol. 589 (2008) 209-214., 2008
Péter Arató and Csaba Balázsi: Carbon Nanotubes in Silicon Nitride, Handbook of Nanoceramics and Their Based Nanodevices, Ed. by T.Y. Tseng and H. S. Nalwa, published by American Scientific Publishers, ISBN: 1-58883-114-0, pp. 1 -21, 2008
O. Koszor, Ferenc Wéber, Zofia Vértesy, Zsolt E. Horváth, Zoltán Kónya, László Péter Biró, Imre Kiricsi, Péter Arató, Csaba Balázsi: Preparation of Si3N4 Composites with Single Wall Carbon Nanotube and Exfoliated Graphite, Materials Science Forum Vol. 589 (2008) 409-414., 2008
O. Koszor, L. Tapasztó, M. Markó, Cs. Balázsi: Characterizing the global dispersion of carbon nanotubes in ceramic matrix nanocomposites, Applied Physics Letters 93 (20), (2008) art. no. 201910, 2008
Shikimaka O, Grabco D, Balázsi K, Danitsa Z, Mirgorodscaia I, Balázsi C: Influence of microstructure on mechanical response of silicon nitride ceramic composites in nano-, micro- and macro-volume of material, KEY ENGINEERING MATERIALS 409: pp. 346-349., 2009
B. Fényi, O. Koszor, Cs. Balázsi: Ceramic based nanocomposites for functional applications, NANO, 2008
Pfeifer J, Horváth E, Vértesy Z, Arató P, Balázsi C: Chemical methods for scanning electron microscope characterization of non-oxide ceramics and composites, KEY ENGINEERING MATERIALS 409: pp. 382-385., 2009
Maros M B, Helmeczi N K, Arató P, Balázsi C: Mechanical and fractographic analyses of monolithic Si3N 4ceramics during impact testing, KEY ENGINEERING MATERIALS 409: pp. 338-341., 2009
Koszor O, Balázsi C: The milling time effect on sintering kinetics of silicon nitride based composites, KEY ENGINEERING MATERIALS 409: pp. 369-372, 2009
Koszor O, Lindemann A, Davin F, Balázsi C: Observation of thermophysical and tribological properties of CNT reinforced Si3N4, KEY ENGINEERING MATERIALS 409: pp. 354-357, 2009
Balázsi C: Development of Multifunctional Silicon Nitride Based Nanocomposites, MATERIALS SCIENCE FORUM 659: pp. 121-126., 2010
Fényi B, Hegman N, Szemmelveisz K, Balázsi C: Impedance changes and carbon stability during the heat treatment of Si 3N4 - carbon composites, KEY ENGINEERING MATERIALS 409: pp. 365-368, 2009
Tapasztó O, Balázsi Cs: The effect of milling time on the sintering kinetics of Si3N4 based nanocomposites, CERAMICS INTERNATIONAL 36:(7) pp. 2247-2251., 2010
O. Tapasztó, P. Kun, F. Wéber, G. Gergely, K. Balázsi, J. Pfeifer, P. Arató, A. Kidari, S. Hampshire, C. Balázsi: Silicon nitride based nanocomposites produced by two different sintering methods, Ceramics International Volume 37, Issue 8, December 2011, Pages 3457-3461, 2011
Cs. Balázsi: Carbon nanotube-ceramic matrices: Silicon Nitride Composites, Introduction to Nanotechnology, ed. J. Dusza and I. Dragieva, Heron Press Ltd., Sofia, 2006, ISBN-13:978-954-580-198-8, pp. 103-117. (2008-ban készült el), 2008
Cs. Balázsi, O. Koszor, B. Fényi and K. Balázsi: Engineered Electrical and Mechanical Properties of Carbon Nanotube Added Si3N4 Nanocomposites, In: Carbon Nanotubes: New Research, Nova Science Publ., Editor: Avery P. Ottenhouse, 2008, pp. 200 – 224, ISBN 978- 1-60692-236-1, 2008




 

Events of the project

  
2009-03-05 15:56:38
Résztvevők változása
2009-01-29 11:01:41
Résztvevők változása
2008-12-17 15:24:49
Résztvevők változása



Back »