Characterization and Sintering Properties of Hydroxyapatite Bioceramics Synthesized From Clamshell Biowaste

IF 0.6 Q3 ENGINEERING, MULTIDISCIPLINARY IIUM Engineering Journal Pub Date : 2022-07-04 DOI:10.31436/iiumej.v23i2.2143

C. Ng, S. Lee, Chin Hong Tan, Ramesh Singh, C. Ting, Y. Chuah, C. Y. Tan, U. Sutharsini

{"title":"Characterization and Sintering Properties of Hydroxyapatite Bioceramics Synthesized From Clamshell Biowaste","authors":"C. Ng, S. Lee, Chin Hong Tan, Ramesh Singh, C. Ting, Y. Chuah, C. Y. Tan, U. Sutharsini","doi":"10.31436/iiumej.v23i2.2143","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"Hydroxyapatite (HA) is a type of calcium phosphate-based bioactive ceramic that resembles the mineral phase of bone and teeth with great potential for bone substitution and biomedical implants. Biogenic-derived HA emerges as a cheap and eco-sustainable alternative to improve waste utilization. However, hydroxyapatite has limited applications due to its apparent brittleness, thus prompting investigation for enhanced sintering properties. In the present study, the combination of calcination and chemical precipitation technique was used to extract hydroxyapatite (HA) from ark clamshells (Anadara granosa). The method successfully produced HA powder with a Ca/P ratio of 1.6 and characteristic bands corresponded to pure HA via Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The synthesized HA powder was then sintered at temperatures ranging from 1200 °C to 1300 °C, followed by mechanical evaluation of the density, Vickers hardness, fracture toughness and grain size. It was revealed that the samples sintered at 1250 °C achieved a relative density of ~88%, Vickers hardness of 5.01 ± 0.39 GPa, fracture toughness of 0.88 ± 0.07 MPa.m1/2 and average grain size of ~3.7 µm. Overall, the results suggest that ark clamshell synthesized HA (ACS) had the potential to be used as functional bioceramics for biomedical applications.\nABSTRAK: Hidroksiapatit (HA) adalah sejenis seramik bioaktif berasaskan kalsium fosfat yang menyerupai fasa mineral tulang dan gigi, berpotensi besar mengantikan tulang dalam implan bioperubatan. HA yang berasal dari biogenik muncul sebagai alternatif yang murah dan eko-lestari dalam menambah baik pengurusan sisa. Walau bagaimanapun, hidroksiapatit mempunyai aplikasi yang terhad kerana mempunyai kerapuhan yang ketara, menyebabkan penyelidikan diperlukan bagi meningkatkan sifat sintering. Gabungan teknik kalsinasi dan pemendakan kimia telah digunakan dalam kajian ini, bagi mengekstrak hidroksiapatit (HA) dari kulit kerang (Anadara granosa). Kaedah ini telah berjaya menghasilkan serbuk HA dengan nisbah 1.6 Ca/P dan jalur puncak sepadan dengan HA tulen melalui Spektroskopi Inframerah Transformasi Fourier (FTIR). Serbuk HA ini kemudian disinter pada suhu antara 1200 °C hingga 1300 °C, diikuti penilaian mekanikal pada ketumpatan, kekerasan Vickers, kerapuhan dan ukuran bijirin. Hasil ujian menunjukkan bahawa sampel yang disinter pada suhu 1250 °C mencapai ~88% ketumpatan relatif, kekerasan Vickers 5.01 ± 0.39 GPa, kerapuhan pada 0.88 ± 0.07 MPa.m1/2 dan purata ukuran butiran ~ 3.7 µm. Secara keseluruhan, dapatan menunjukkan bahawa kulit kerang HA yang disentisis (ACS) berpotensi sebagai bioseramik bagi aplikasi bioperubatan.","PeriodicalId":13439,"journal":{"name":"IIUM Engineering Journal","volume":"12 1","pages":""},"PeriodicalIF":0.6000,"publicationDate":"2022-07-04","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"IIUM Engineering Journal","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.31436/iiumej.v23i2.2143","RegionNum":0,"RegionCategory":null,"ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"Q3","JCRName":"ENGINEERING, MULTIDISCIPLINARY","Score":null,"Total":0}

引用次数: 0

Abstract

Hydroxyapatite (HA) is a type of calcium phosphate-based bioactive ceramic that resembles the mineral phase of bone and teeth with great potential for bone substitution and biomedical implants. Biogenic-derived HA emerges as a cheap and eco-sustainable alternative to improve waste utilization. However, hydroxyapatite has limited applications due to its apparent brittleness, thus prompting investigation for enhanced sintering properties. In the present study, the combination of calcination and chemical precipitation technique was used to extract hydroxyapatite (HA) from ark clamshells (Anadara granosa). The method successfully produced HA powder with a Ca/P ratio of 1.6 and characteristic bands corresponded to pure HA via Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The synthesized HA powder was then sintered at temperatures ranging from 1200 °C to 1300 °C, followed by mechanical evaluation of the density, Vickers hardness, fracture toughness and grain size. It was revealed that the samples sintered at 1250 °C achieved a relative density of ~88%, Vickers hardness of 5.01 ± 0.39 GPa, fracture toughness of 0.88 ± 0.07 MPa.m1/2 and average grain size of ~3.7 µm. Overall, the results suggest that ark clamshell synthesized HA (ACS) had the potential to be used as functional bioceramics for biomedical applications. ABSTRAK: Hidroksiapatit (HA) adalah sejenis seramik bioaktif berasaskan kalsium fosfat yang menyerupai fasa mineral tulang dan gigi, berpotensi besar mengantikan tulang dalam implan bioperubatan. HA yang berasal dari biogenik muncul sebagai alternatif yang murah dan eko-lestari dalam menambah baik pengurusan sisa. Walau bagaimanapun, hidroksiapatit mempunyai aplikasi yang terhad kerana mempunyai kerapuhan yang ketara, menyebabkan penyelidikan diperlukan bagi meningkatkan sifat sintering. Gabungan teknik kalsinasi dan pemendakan kimia telah digunakan dalam kajian ini, bagi mengekstrak hidroksiapatit (HA) dari kulit kerang (Anadara granosa). Kaedah ini telah berjaya menghasilkan serbuk HA dengan nisbah 1.6 Ca/P dan jalur puncak sepadan dengan HA tulen melalui Spektroskopi Inframerah Transformasi Fourier (FTIR). Serbuk HA ini kemudian disinter pada suhu antara 1200 °C hingga 1300 °C, diikuti penilaian mekanikal pada ketumpatan, kekerasan Vickers, kerapuhan dan ukuran bijirin. Hasil ujian menunjukkan bahawa sampel yang disinter pada suhu 1250 °C mencapai ~88% ketumpatan relatif, kekerasan Vickers 5.01 ± 0.39 GPa, kerapuhan pada 0.88 ± 0.07 MPa.m1/2 dan purata ukuran butiran ~ 3.7 µm. Secara keseluruhan, dapatan menunjukkan bahawa kulit kerang HA yang disentisis (ACS) berpotensi sebagai bioseramik bagi aplikasi bioperubatan.

查看原文

微信好友朋友圈 QQ好友复制链接

本刊更多论文

蛤壳生物废弃物制备羟基磷灰石生物陶瓷的表征及烧结性能

羟基磷灰石(HA)是一种基于磷酸钙的生物活性陶瓷，类似于骨和牙齿的矿物相，在骨替代和生物医学植入物方面具有很大的潜力。生物来源的透明质酸作为一种廉价和生态可持续的替代品出现，以改善废物利用。然而，羟基磷灰石由于其明显的脆性而限制了其应用，因此需要对增强烧结性能进行研究。采用煅烧与化学沉淀法相结合的方法从蛤壳中提取羟基磷灰石(HA)。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)，该方法成功制备了Ca/P比为1.6的HA粉末，其特征波段与纯HA相对应。将合成的羟基磷灰石粉末在1200 ~ 1300℃的温度下进行烧结，然后对密度、维氏硬度、断裂韧性和晶粒尺寸进行力学评价。结果表明，经1250℃烧结后的试样相对密度为~88%，维氏硬度为5.01±0.39 GPa，断裂韧性为0.88±0.07 MPa。M1/2，平均晶粒尺寸~3.7µm。综上所述，方舟翻盖合成HA (ACS)具有作为生物医学用途的功能性生物陶瓷的潜力。摘要:黄芪黄芪(HA)是一种具有生物活性的植物，是一种具有生物活性的植物，是一种具有生物活性的植物。上海上海生物科技有限公司上海上海有限公司，上海上海有限公司，上海上海有限公司，上海上海有限公司。Walau bagaimanapun, hidroksiapatit mempunyai applikasi yang terhad kerana mempunyai kerapuhan yang ketara, menyebabkan penyelidikan diperlukan bagi meningkatkan sifat烧结。Gabungan teknik kalsinasi dan pemendakan kimia telah digunakan dalam kajian ini, bagi mengekstrak hidroksiapatit (HA) dari kulit kerang (Anadara granosa)。1. a/P 1. a/P 1. a . b . a . b . b . a . b . b . a . b . b . b . b . b . b . b . b . b . b . b . b . b . b . b . b . c . b . b . c . b . c . b . c . b . c . b . c . b . c . b . c . b . c . b . c . b . c . b . c . b . c . b . c . b . c . b . c . b . c . bSerbuk HA ini kemudian disinter pada suhu antara 1200°C hinga 1300°C, diikuti penilaian mekanikal pada ketumpatan, kekerasan Vickers, kerapuhan dan ukuran bijirin。哈西尔乌建menunjukkan bahawa样品阳出土帕达苏胡1250°C曼卡帕依~88%克卡帕依相对，克卡帕依维氏值5.01±0.39 GPa，克卡帕依维氏值0.88±0.07 MPa。M1/2 Dan purata ukuran butiran ~ 3.7µm。Secara keseluruhan, dapatan menunjukkan bahawa kulit kerang HA yang disentisis (ACS) berpoteni sebagai bioserik bagi applied biopubatan。

本文章由计算机程序翻译，如有差异，请以英文原文为准。

求助全文

约1分钟内获得全文去求助

来源期刊

IIUM Engineering Journal ENGINEERING, MULTIDISCIPLINARY-

CiteScore

2.10

自引率

20.00%

发文量

审稿时长

40 weeks

期刊介绍： The IIUM Engineering Journal, published biannually (June and December), is a peer-reviewed open-access journal of the Faculty of Engineering, International Islamic University Malaysia (IIUM). The IIUM Engineering Journal publishes original research findings as regular papers, review papers (by invitation). The Journal provides a platform for Engineers, Researchers, Academicians, and Practitioners who are highly motivated in contributing to the Engineering disciplines, and Applied Sciences. It also welcomes contributions that address solutions to the specific challenges of the developing world, and address science and technology issues from an Islamic and multidisciplinary perspective. Subject areas suitable for publication are as follows: -Chemical and Biotechnology Engineering -Civil and Environmental Engineering -Computer Science and Information Technology -Electrical, Computer, and Communications Engineering -Engineering Mathematics and Applied Science -Materials and Manufacturing Engineering -Mechanical and Aerospace Engineering -Mechatronics and Automation Engineering