TY  - THES
A1  - Hofmann, Michael Peter
T1  - Physikalische Charakterisierung von Calciumphosphat-Pulvern zur Einstellung von Prozessparametern für die Herstellung von Knochenzement
T1  - Physical characterisation of calcium phosphate powders for the adjustment of processing parameters for the fabrication of bone cement
N2  - Die Arbeit behandelt die physikalische Charakterisierung der Herstellung einer Tetracalciumphosphat (TTCP) / Calciumhydrogenphosphat (DCPA) Pulvermischung zur Anwendung als Knochenzement. Ziel war die Gewinnung einer Korrelation von Prozessparametern mit anwendungsrelevanten Zementeigenschaften, also hohe mechanische Festigkeit, definierte Abbindezeit, physiologischer pH-Wert-Verlauf und Reproduzierbarkeit. Die Einstellung eines physiologischen pH-Werts im Bereich 7-8 der Zementpaste erfordert eine geeignete Lösungsrate beider Pulverkomponenten. Dies gelingt durch Mahlung mit einer Einstellung der mittleren Partikelgröße von 10-20 µm (TTCP) und 0,5-2 µm (DCPA). DCPA wird nass gemahlen; das Suspensionsmedium dient der Agglomerationsverminderung, da bei Partikelgrößen von 0,5-2 µm interpartikuläre Kräfte gegenüber der Gewichtskraft dominieren. TTCP wurde durch Sinterung von DCPA und Calciumcarbonat bei 1500°C hergestellt und trocken vermahlen. Die Ermittlung der mittleren Partikelgrößen und relativen Breite der Partikelgrößenverteilungen, der sogenannten Spanne, nach Mahlung erfolgte durch Laserstreuung und Auswertung der Streumuster nach der Mie-Theorie. Mahlungen von TTCP führen zu Feinkornanteilen mit Partikelgrößen < 1 µm, die eine gleichmäßige Lösungsrate zu Beginn der Abbindereaktion verhindern. Durch Variation der Mahlparameter kann dieser Feinkornanteil minimiert werden. Dennoch besteht die Notwendigkeit, Abbinde-Beschleuniger auf Natriumphosphat (NaP)-Basis zu verwenden, um die erhöhte Lösungsrate der TTCP-Komponente zu kompensieren. Kriterium für die Auswahl des geeigneten Suspensionsmediums für die Nassmahlung von DCPA ist das Zetapotential von DCPA-Partikeln in flüssiger Phase, welches durch Laser-Doppler-Elektrophorese gemessen wird. Die Messungen zeigen, dass sich das Zetapotential mit Partikelgröße und Spanne korrelieren lässt. Hohe Zetapotential-Werte zu Beginn der Mahlung führen zu kleiner Endpartikelgröße. Das Zetapotential von gemahlenen DCPA-Pulvern steigt bei der Mahlung an und bestimmt die minimale Spanne. Partikelgröße und Spanne bestimmen über die effektive Viskosität außerdem das Ende des Mahlvorgangs. Als Suspensionsmedium zur Einstellung kleiner Partikelgröße bei gleichzeitig geringer Spanne eignet sich Reinstwasser, gefolgt von Ethylenglykol und Ethanol. Es lassen sich mittlere Partikelgrößen von 0,6 µm bei einer Spanne von 1,0 realisieren. Die Mahlung setzt neben der Partikelgröße die Kristallinität von DCPA und TTCP herab, durch eine mechanisch induzierte Phasenumwandlung in den amorphen Zustand. Röntgendiffraktometrische Untersuchungen, XRD, der Pulver zeigen eine Abnahme der Intensität der Beugungsreflexe um ca. 50% für TTCP und ca. 30% für DCPA nach 24h. Die Auswertung der Beugungsspektren durch Rietveld-Analyse ergibt gleichzeitig eine kontinuierliche Abnahme der mittleren Kristallitgröße. Die Bildung amorpher Anteile resultiert für TTCP in abbindefähigen, einkomponentigen Zementen, die im stark basischen Bereich mit 2.5%iger Na2HPO4-Lösung Hydroxylapatit und Calciumhydroxid bilden. Hochkristallines TTCP ist dagegen nicht reaktiv, bedingt durch die Ausbildung einer Hydroxylapatitschicht um die Partikel. Suspensionsmedium und Luftfeuchtigkeit bewirken eine Kontamination der feinkörnigen Pulver. Stickstoffadsorptions-Messungen, BET, zeigen die Lokalisation des Kontaminats auf der kompakten, nicht porösen Partikeloberfläche. Der Anteil an nicht entfernbarem Suspensionsmedium, bestimmt durch Thermogravimetrie, liegt bei 3-5% nach Trocknung an Luft und lässt sich auf < 1% bei Vakuumtrocknung reduzieren. Während organische wasserlösliche Kontaminationen keinen Einfluss auf die Lösungsrate und Reaktivität von DCPA ergeben, führt Wasser als Suspensionsmedium bzw. das Einwirken von Luftfeuchtigkeit auf die getrockneten Pulver zu einer starken Herabsetzung der Reaktivität. Ursache ist die Ausbildung einer diffusionshemmenden Hydroxylapatit-Schicht um die Partikel durch Hydrolyse der Calciumphosphate. DCPA, durch Mahlung in Wasser inaktivierend kontaminiert, zeigt die niedrigste Lösungsrate, trotz großer spezifischer Oberfläche. Die Mischung der Pulver erfolgt durch Selbstmischung bei geringer mechanischer Krafteinleitung; die hochdispersen DCPA-Partikel agglomerieren aufgrund interpartikulärer van-der-Waals-Kräfte an den großen TTCP-Partikeln. Ausgehärtete Zemente zeigen eine Korrelation zwischen der Druckfestigkeit und der Partikelgröße, sowie eine Korrelation von Zugfestigkeit und Spanne der Partikelgrößenverteilung von DCPA. Ein erhöhter Feinkornanteil des TTCP-Pulvers führt zur Reduktion der mechanischen Festigkeit. Die vorgestellte physikalische Charakterisierung der TTCP/DCPA- Pulverherstellung führt zu einem Medizinprodukt mit Druckfestigkeiten von 75 MPa und Zugfestigkeiten von 12 MPa. Abbindezeit und pH-Wert-Verlauf bei der Aushärtung lassen sich durch die Konzentration von NaP-Abbindebeschleunigern einstellen.
N2  - This thesis is about the physical characterisation of the fabrication process of a Tetracalciumphophate (TTCP) / Calciumhydrogenphosphate (DCPA) bone cement powder mixture. The goal was to achieve a correlation between processing parameters and application relevant properties of the cement matrix, i.e. high mechanical strength, defined setting time, physiological pH-value and reproducibility. For the adjustment of a physiological pH-value between 7 and 8 of the cement paste it is necessary to adjust the solubility rate of both powder components. This is done by adjusting the medium particle size of TTCP and DCPA to 10-20 µm respectively 0,5-2 µm. DCPA is wet milled; the suspension medium has to prevent agglomeration, because at particle sizes between 0,5-2 µm attractive interparticular forces dominate over the deagglomerating weight of the powder particles. TTCP is fabricated by sintering a DCPA / Calciumcarbonate mixture at 1500°C and dry milling it. The measurement of medium particle size and the relative width of the particle size distribution, the so called span, after milling were done by laser diffraction and calculation following Mie-theory. The milling of TTCP leads to a fine powder fraction with particle sizes below 1 µm, which prevents a uniform solubility rate at the beginning of the setting reaction. This fine powder fraction can be minimized by variation of the milling parameters. Nonetheless it is necessary to use sodium phosphate setting-accelerators to equalise the higher solubility rate of the TTCP-cements component. Criteria for choosing the suspension medium for the wet milling of DCPA is the zeta potential of DCPA particles in liquid phase, measured by Laser Doppler Electrophoresis (LDE). The measurements indicate that the zeta potential is correlated with particle size and span. A high zeta potential value at the start of the milling process leads to a small final particle size. The zeta potential of milled DCPA rises with the milling process and defines the minimum span. Particle size and span determine the effective viscosity and therefore the end of the milling process. For achieving a small particle size together with a small span distilled water is most suitable, followed by ethylene glycol and ethyl alcohol. A medium particle size of 0,6 µm together with a span of 1,0 can be realised. The milling process is also reducing the cristallinity of DCPA and TTCP by a mechanically induced phase change to the amorphous state. X-Ray diffraction measurements of the powders after 24h of milling show an intensity decrease of the diffraction patterns by almost 50% for TTCP and almost 30% for DCPA. The analyses of the diffraction patterns by Rietveld-analysis show a continuous decrease of the medium crystallite size at the same time. The formation of amorphous TTCP fractions results in a one component cement able to set in a high pH-regime. High cristallinity TTCP is not reactive due to the hydroxyapatite layer on the particle surface. The suspension medium and humidity are causing a contamination of the powder particles. Nitrogenadsorption measurements, BET, are showing that the contaminant is located on the compact non-porous particle surface. The fraction of not extractable suspension medium, determined by thermogravimetry, is in the region of 3-5% after drying in air and can be reduced to less than 1% by drying in vacuum. Organic watersoluble contamination does not lead to changes in solubility rate or reactivity of DCPA particles. Water as suspension medium or humidity reduces the reactivity significantly. The reason is a hydroxyapatite layer on the DCPA particles caused by hydrolysis of the calciumphosphate leading to decreased diffusion. Water milled DCPA is showing the lowest solubility rate despite having the highest specific surface area. The two powder components are literally self mixing. The disperse DCPA particles are agglomerating on the surface of the larger TTCP particles due to attractive van-der-Waals-forces. The hardened cement matrix is showing a correlation between compressive strength and particle size and between diametral tensile strength and the span of the particle size distribution. An increase of the fine powder fraction of TTCP leads to a decrease in mechanical strength. The physical characterisation of the fabrication process of a TTCP/DCPA-cement powder mixture leads to a medical device with a compressive strength of 75 MPa and a diametral tensile strength of 12 MPa. Setting time and pH-value can be adjusted by the amount of sodium phosphate setting-accelerator.
KW  - Knochenzement
KW  - Herstellung
KW  - Calciumphosphate
KW  - Pulver
KW  - Knochenzement
KW  - Calciumphosphat
KW  - Kontamination
KW  - Mahlprozess
KW  - Physikalische Charakterisierung
KW  - bone cement
KW  - calcium phosphate
KW  - contamination
KW  - milling process
KW  - physical characterisation
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7315
ER  - 
TY  - THES
A1  - Knappe, Oliver
T1  - Antimikrobiell wirksame Zemente aus Tetracalciumphosphat und alkalidotierten Calciumphosphaten
T1  - Antimicrobial Effect of Tetracalciumphosphate and Alkali Doted Calciumphosphates
N2  - Antimikrobieller Effekt mechanisch aktivierter Alkaliphosphatzemente und Tetracalciumphosphat.Für die mechanisch aktivierten Alkaliphosphate und das Tetracalciumphosphat konnten Verbesserungen ihrer mechanischen Eigenschaften und ihrer biologischen Aktivität (antimikrobieller Effekt) dargestellt werden. So zeigten die mechanisch aktivierten Zemente hinsichtlich ihrer Druck- und Zugfestigkeit, des Löslichkeitsverhaltens und dem hervorgerufenen antimikrobiellen Effekt weitaus bessere Ergebnisse als die unreaktiven nicht aktivierten Ausgangsstoffe. Der antimikrobielle Effekt wurde anhand unterschiedlicher Bakterienstämme und einem Pilzstamm nachgewiesen. Die durchaus positiven Ergebnisse implizieren einen klinisch Einsatz in den bereichen der Endodontie und als Knochenersatzmaterial in der rekonstrutiven Behandlung im Kieferbereich. Vorher sollte eine toxikologische Aoswertung der angewandten Zemente erfolgen.
N2  - Antimicrobial effect of mechanical activated alkaliphosphates and tetracalciumphosphate. The mechanical activated cements showed an increase in their mechanical actions such as precepitation due to the high energy ball-milling ina planetary ball mill. And als they showed better results in the antimicrobial effekt. This effect was testted on different types of bacteria and one fungus species. All these results implicate the clinical use of the cement either for endodontic purpose or as material for the reconstruction of bone defects in maxillary surgery. Before the use the toxicology of these cements should be tested.
KW  - Tetracalciumphosphat
KW  - mechanische Aktivierung
KW  - Calciumphosphate
KW  - Alkalizemente
KW  - tetracalciumphosphate
KW  - alkaliphosphates
KW  - mechanical activation
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-19648
ER  - 
TY  - THES
A1  - Köhler, Karolin
T1  - Antimikrobielle Eigenschaften von Calciumalkaliphosphat dotierten Polymermatrices
T1  - Antimicrobial properties of experimental light curing composites with alkali-substituted calciumphosphatefillers
N2  - Die antimikrobiellen und physikalisch-chemischen Eigenschaften von experimentellen lichthärtenden Kompositen, die mit mechanisch aktivierten Füllkörpern aus Calciumalkaliphosphaten wie CaKPO4, CaNaPO4 oder Ca2KNa(PO4)2 versehen waren, wurden verglichen mit kommerziellen silanmodifizierten Cristobalit-Füllkörpern. Die antimikrobiellen Eigenschaften wurden mit Streptococcus mutans, Staphylococcus aureus und einem klinisch isolierten Plaquemix getestet. Das Ausmaß der Reduktion des Bakterienwachstums auf den modifizierten Kompositen wurde mittels des Proliferationsreagenz WST-1, das ein Messen der Stoffwechselaktivität und somit der Besiedlung mit lebenden Bakterien ermöglicht. Zu den getesteten Materialeigenschaften zählten unter anderem die Konversionsrate und die Biegefestigket. Alle Alkaliphosphat dotierten Komposite zeigten im Gegensatz zu den Vergleichskompositen eine antimikrobielle Wirkung in Form einer Bakterienreduktion um 25-70%, die wahrscheinlich auf eine Wirkung im Mikromilieu zurückgeführt werden kann, eine Biegefestigkeit von 55-77 MPa, was dem Normwert entsprach, und einen Konversionsgrad von 44-66%. Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass die Calciumalkaliphosphat dotieren Komposite eine antimikrobielle Wirkung aufweisen ohne dabei die wesentlichen Eigenschaften des Werkstoffes zu beeinflussen.
N2  - The antimicrobial and physicochemical properties of experimental light curing composites prepared with fillers made of mechanically activated alkali-substituted calcium phosphates like CaKPO4, CaNaPO4 or Ca2KNa(PO4)2 were compared with a commercial silane-modified cristobalite filler. The antimicrobial properties were tested using Streptococcus mutans, Staphylococcus aureus and a clinically isolated plaque mixture. The potential for reducing bacteria growth on modified composites was determined using the proliferation reagent WST-1, which enables the measurement of metabolic activity and therefore the colonization with living bacteria. Investigated material properties included the degree of conversion and a test of flexural strength. All alkali-substituted composites provide a changed, mainly basic micro-milieu leading to a reduction of bacteria population with respect to the non-modified composite of about 25–70% with a flexural strength of cured composites in the range of 55–77 MPa complying with the clinical standard and a degree of conversion of 44–66%. This study suggests that the modified composites increase antimicrobial properties while basic composite characteristics are not influenced by the filler.
KW  - Komposit <Zahnmedizin>
KW  - Calciumphosphate
KW  - dentale Komposite
KW  - antimikrobielle Eigenschaften
KW  - WST-Test
KW  - calcium phosphates
KW  - dental composites
KW  - antimicrobial properties
KW  - WST-test
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-84072
ER  - 
TY  - THES
A1  - Straub, Laura Maike
T1  - Materialwissenschaftliche Untersuchungen zu alkalidotierten Calciumphosphatzementen mit Zusätzen von Siliziumoxid und Magnesiumoxid
T1  - Material-scientific investigations of alkali substituted calcium phosphate cements with additives of silica and magnesia
N2  - Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Materialeigenschaften der CPC hinsichtlich ihres Aushärteverhaltens mit unterschiedlichen Herstellungs- und Versuchsparametern systematisch zu analysieren. Die Zementkomponente Ca2KNa(PO4)2 wurde mit den Additiven SiO2 oder MgO in verschiedenen prozentualen Anteilen dotiert. Die Pulver wurden entweder bei 1050 °C gesintert oder bei > 1500 °C geschmolzen. Die Abbindereaktion erfolgte nach 24-stündiger Mahlung mit Wasser, Na2HPO4, 0,1 M Citronensäure oder mit MCPA und 0,5 M Citronensäure. Im Fokus stand die Beeinflussung der HA-Produktion in Abhängigkeit der Parameter.
Ursächlich für das Nicht-Abbinden zu HA bei höherer Dotierung war die abbindeverzögernde Wirkung der Additive, sowie die Transformation der Pulver zu β-TCP bei höherer Dotierung. Ein Einfluss der Sintertemperatur auf die HA-Produktion konnte nicht festgestellt werden.
Trotz der exzellenten Biokompatibilität von Silizium und Magnesium vermindert eine Metalloxid-Dotierung die Abbindefähigkeiten der Ca2KNa(PO4)2 –Zemente. Die resultierenden mechanischen Eigenschaften erweisen sich als klinisch unzureichend. Die undotierten Ca2KNa(PO4)2 –Zemente, die zu HA abbinden, eignen sich chirurgisch gesehen eventuell in gering kraftbelasteten Defektbereichen
N2  - This paper deals with calcium phosphate cements containing alkali to achieve higher solubility and resorption. The aim of this work was to analyse the cements in terms of setting reaction /setting time, pH, compressive strengh, particle size, microstructure and chemical composition. The main component of these cements was Ca2KNa(PO4)2 with additions of SiO2 or MgO. The Cements were synthesied by heating to 1050 °C or 1500 °C. After 24 h milling samples were prepared by mixing H2O, Na2HPO4, 0,1 M citric acid with MCPA or 0,5 M citric acid. The main interest was to analyse wether the reaction leads to hydroxylapatite or not.
The results showed that additions of SiO2 or MgO decrease the setting process. Without any additions, the alkali ion substitued calcium phosphate cements react to hydroxylapatite with low compression strengh. A clinical use of these cements is only possible in lowly loaded bone defects.
KW  - Calciumphosphate
KW  - Alkalidotierte Calciumphosphatcemente
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-106687
ER  -