Aerogélek porozitásának szabályozása

Abstract

Szakdolgozati munkám során olyan aerogél kompozitok előállítását és vizsgálatát tűztük ki célul, amelyek a jó mechanikai szilárdságuk és biokompatibilitásuk mellett a bennük lévő mezo- és makropórusok által kialakított szerkezet révén potenciálisan alkalmassá válhatnak csontpótló anyagként történő felhasználásra. Ezen cél elérése érdekében többféle méretű illetve struktúrájú Ca-alginát gömböt készítettünk, amelyeket kiégethető pórusképzőként használtunk. Az előzetesen levegőn szárított kalcium-alignát gömbök alkalmazásával, a hőkezelést követően körülbelül 300 µm átmérőjű makropórusokat hoztunk létre, ami kedvező a csontszövet képződésének szempontjából. A minták porozitását megvizsgálva, a kapott hiszterézis hurok minden vizsgált minta esetén igazolja a porózus szerkezetet. A VA5 és VA12 jelzésű aerogélek esetén a pórusok többsége a mezopórus tartományba sorolható, illetve a tömegegységre vonatkozatott fajlagos felület is kellően nagy. VA4/2 mintánál mind a pórusméret, mind pedig a fajlagos felület is nagyon kicsi érték, ami a túl magas hőmérsékleten történt hőkezelésnek tulajdonítható. A VA16 jelzésű aerogél esetén a kis porozitásért és fajlagos felület értékért a nagymennyiségű makropórus-képzők által meggyengített szerkezet okolható. Vizsgáltuk a minták biokompatibilitását is in vitro körülmények között, szimulált testfolyadékban. Előzetesen CO2-dal kezeltük a mintákat, hogy a kalcium-alginát lúgos kémhatású égetési maradékát karbonátosítsuk. A vizsgálat során nyomon követtük a pH változást fotometriásan, a testfolyadékban oldott fenolvörös indikátor segítségével. A pH a VA5 és VA12 minták esetén nem változott meg jelentősen, azonban a VA4/2 minta pH-ja már az első napon elérte a nyolcas értéket, mely már nem kedvező a vizsgálat szempontjából, mivel a kalcium-foszfát oldhatósága csökken a növekvő pH-val. Így, az esetleges pozitív eredményt nem fogadhatjuk el a bioaktivitás bizonyítékaként. A VA16 minta pH értéke is növekedett, a tizennegyedik napon 7,84-es értéket mértünk. Ez az érték is túl magas a fiziológiás pH értékhez képest és itt is fennáll a spontán kalcium-foszfát leválás lehetősége. 14 napos áztatás után pásztázó elektonmikroszkópos képeket készítettünk a mintadarabok felületéről. A VA4/2 esetén hidroxiapatit nem, kalcium-karbonát azonban levált a gél azon területein, ahol a kalcium-alginát kiégetése után visszamaradt kalcium koncentrációja nagy volt. A VA5 minta felületén sem vált le hidroxiapatit, a gömbök kalcium-foszfát és hidroxiapatit tartalma nem volt elegendő a leválás megindításához. A VA 12 jelű minta in vitro körülmények között bioaktív tulajdonságot mutatott, elektronmikroszkópos képén jól látható a hidroxiapatit réteg jellegzetes morfológiája. A legérdekesebb eredményt a VA16 jelű minta esetén kaptuk. Az eredeti aerogél nagy mennyiségben tartalmazott kalcium-alginát gömböt, melyet kiégettünk, majd az égetési maradékot szén-dioxiddal való kezeléssel karbonátosítottunk. A testfolyadékban való vizsgálat során, a megnövekedett karbonát-ion koncentráció miatt úgy tűnik, nem csak a jellegzetes morfológiájú hidroxiapatit vált le a felületen, hanem egy karbonátban gazdag, ún. karbonát-hidroxiapatit is. Összefoglalásul elmondhatjuk, hogy alginát alapú pórusképzők segítségével sikerült olyan hőkezelt aerogél alapú mintákat létrehoznunk, amelyek megfelelő porozitásúak és szimulált testfolyadékos vizsgálatok alapján a csontszövettel biokompatibilis tulajdonságúak.