คุณสมบัติทางชีวภาพของปูนพอต์แลนด์ซีเมนต์ขาวและผลกระทบของนาโนซิลิกาต่อความแข็งแรงของปูนพอต์แลนด์ซีเมนต์ขาวเพื่อการนำไปใช้เป็นวัสดุทดแทนกระดูก
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
ซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สีขาว (White Portland Cement, WPC) เป็นวัสดุเซรามิกที่มีองค์ประกอบหลัก ได้แก่ ไตรแคลเซียมซิลิเกต (Tricalcium Silicate) และไดแคลเซียมซิลิเกต (Dicalcium Silicate) ซึ่งมีปริมาณเฟอรัสออกไซด์ต่ำกว่า 0.5% ส่งผลให้มีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ โดยเฉพาะด้านศัลยกรรมกระดูกและทันตกรรม งานวิจัยนี้มุ่งเน้นการพัฒนาวัสดุผสมระหว่างซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สีขาวกับนาโนซิลิกา (Nano-Silica) เพื่อปรับปรุงสมบัติทางกลและทางชีวภาพของวัสดุ วัตถุประสงค์หลักของการศึกษาคือการวิเคราะห์ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ และสมบัติทางกลของวัสดุผ่านการทดสอบทางชีวภาพแบบภายนอกสิ่งมีชีวิต (in vitro test) โดยใช้สารละลายจำลองไอออนพลาสมาของเลือด (Simulated Body Fluid, SBF) และความเป็นพิษต่อเซลล์สร้างกระดูก (Cytotoxicity) เบื้องต้นของซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สีขาว ผลการทดลองชี้ให้เห็นว่าซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สีขาวสามารถเหนี่ยวนำการสร้างกระดูกใหม่ (Osteoinduction) และทำหน้าที่เป็นโครงสร้างรองรับกระดูก (Osteoconduction) โดยพบการก่อตัวของ ไฮดรอกซีอะพาไทต์ (Hydroxyapatite) บนพื้นผิวของวัสดุหลังจากแช่ในสารละลาย SBF เป็นเวลา 28 วัน นอกจากนี้ยังการทดสอบความเป็นพิษต่อเซลล์สร้างกระดูก (Cytotoxicity) ซึ่งพบว่าเมื่อปริมาณวัสดุเพิ่มขึ้น อัตราการรอดชีวิตของเซลล์ลดลง อันเนื่องมาจากการปลดปล่อยแคลเซียมไฮดรอกไซด์ (Ca(OH)₂) ซึ่งอาจทำให้ค่าความเป็นด่างสูงเกินไป ในการศึกษาสมบัติทางกล พบว่าการเติมนาโนซิลิกาในปริมาณ 1%, 2% และ 3% ส่งผลให้ค่ากำลังรับแรงอัดของวัสดุเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โดยค่ากำลังรับแรงอัดสูงสุดอยู่ที่ 58.12 MPa เมื่อเติมนาโนซิลิกา 3% ซึ่งเกิดจากการเสริมสร้างโครงสร้างของวัสดุด้วยอนุภาคนาโนซิลิกา ช่วยลดการเกิดรูพรุนและเพิ่มปริมาณเจลแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรต (C-S-H) ซึ่งเป็นโครงสร้างสำคัญที่ช่วยเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุ ผลการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการพัฒนาวัสดุผสมโดยการผสมซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สีขาวกับนาโนซิลิกาสามารถปรับปรุงสมบัติทางกลและชีวภาพ ทำให้วัสดุดังกล่าวมีศักยภาพสูงในการเป็นวัสดุทดแทนกระดูกสำหรับการใช้งานทางการแพทย์
Article Details
อนุญาตภายใต้เงื่อนไข Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
บทความ ข้อมูล เนื้อหา รูปภาพ ฯลฯ ที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารฯ ถือเป็นลิขสิทธิ์ของวารสารฯ หากบุคคลหรือหน่วยงานใดต้องการนำทั้งหมดหรือส่วนหนึ่งส่วนใดไปเผยแพร่ต่อหรือเพื่อกระทำการใดๆ จะได้รับอนุญาต แต่ห้ามนำไปใช้เพื่่อประโยชน์ทางธุรกิจ และห้ามดัดแปลง
เอกสารอ้างอิง
W. Taptimdee, P. Chindaprasirt, Y. Otsuka, Y. Mutoh and T. Laonapakul, Strength and bioactivity of hydroxyapatite/white portland cement (HAp/WPC) under Simulated Body Fluid (SBF) solution, In Materials Science Forum (Vol. 975, pp. 88-93).
P. Torkittikul and A. Chaipanich, 2009. “Investigation of the mechanical and in vitro biological properties of ordinary and white Portland cements”. Sci Asia, vol 35(4): 358-64.
P. Taddei, A. Tinti, M. G.Gandolfi, P. L. Rossi and C. Prati. 2009. “Vibrational study on the bioactivity of Portland cement-based materials for endodontic use”. Journal of Molecular Structure, Vol 924: 548-554.
L. L. Hench. 1991. “Bioceramics: from concept to clinic”. Journal of the american ceramic society, Vol 74 (7): 1487-1510.
L. N. Niu, K. Jiao, W. Zhang, J. Camilleri, B. E. Bergeron, H. L. Feng, J. Mao, J.H. Chen, D.H. Pashley and F. R. Tay. 2014. “A review of the bioactivity of hydraulic calcium silicate cements”. Journal of dentistry, Vol 42 (5): 517-533.
F. R. Tay, D. H. Pashley, F. A. Rueggeberg, R. J. Loushine and R. N. Weller. 2007. “Calcium phosphate phase transformation produced by the interaction of the Portland cement component of white mineral trioxide aggregate with a phosphate-containing fluid”. Journal of endodontics, Vol 33 (11): 1347-1351.
P. P. Abhilash, D. K. Nayak, B. Sangoju, R. Kumar, and V. Kumar. 2021. “Effect of nano-silica in concrete; a review”. Construction and Building Materials, Vol 278, 122347.
M. Vallet-Regi. Bio-ceramics with clinical applications. John Wiley & Sons, 2014.
S. Heinemann, T. Coradin, H. Worch, H. P. Wiesmann and T. Hanke. 2011. “How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity? Biomaterials”. Composites science and technology, Vol 71 (16): 1873-1880.
Jones, J. R. 2013. “Review of bioactive glass: from Hench to hybrids”. Acta biomaterialia, Vol 9 (1): 4457-4486.
M. J. Coathup, S. Samizadeh, Y. S. Fang, T. Buckland, K. A. Hing and G. W. Blunn. 2011. “The osteoinductivity of silicate-substituted calcium phosphate”. JBJS, Vol 93(23): 2219-2226.
N Lv., H He., J. Li., X. Zhang., J. Chen, J. Fan. 2025. “Binary collaboration of carboxyl‐functionalized mesoporous silica microspheres and sliver nanoparticle improved imidacloprid bioactivity towards insecticide-resistance insect pests”. Chemical Engineering Journal, Vol 507: 160386.
S. Chirra, S. R. Gujjula, S. Manda, S. Goskula, V. Narayanan. 2024. “Fabrication of porous nano silica materials by template-assisted strategy for controlled drug delivery studies”. Journal of Porous Materials :1-12.
C. Chen, Y. Xie, Q. Zhang, J. Cao, J. Lin, X. Tong, Y. Wu, P. Gao, J. Ma. 2025. “Amphiphilic Janus Nanoparticles for a Superhydrophobic Coating on the Enamel Surface to Prevent Caries”. Materials Today Bio :101627.
S. Jeyan, G. G. Subramaniyan, J. Chandru, D. Barathraj, P. Mohanraj. 2024. “Experimental Investigation and Finite Element Analysis of Novel Dental Restorations Material”. In Advances in Additive Manufacturing Technologies :98-102.
T. Kokubo and H. Takadama. 2006. “How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity?”. Biomaterials, Vol 27 (15): 2907-2915.
ASTM C109/C109M, 2021. Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars (Using 2-in). or [50-mm] Cube Specimens.) ASTM International. West Conshohocken: PA.
L. C. Palmer, C. J. Newcomb, S. R. Kaltz, E. D. Spoerke and S. I. Stupp. 2008. “Biomimetic systems for hydroxyapatite mineralization inspired by bone and enamel”. Chemical reviews, Vol 108 (11): 4754-4783.
A. M. Shafeek, M. H. Khedr, S. I. El-Dek and N. Shehata. 2020. “Influence of ZnO nanoparticle ratio and size on mechanical properties and whiteness of White Portland Cement”. Applied Nanoscience, Vol 10 (9): 3603-3615.
S. Raynaud, E. Champion, D. Bernache-Assollant and P. Thomas. 2002. “Calcium phosphate apatite with variable
Ca/P atomic ratio I. Systhesis, characterization and thermal stability of powders”. Biomaterials, Vol 23 (4): 1065-1072.
agents: a cell death study”. Journal of Endodontics, Vol 37 (2): 203-210.
A. L. G. Cornélio, L. P. Salles, M. C. da Paz, J. A. Cirelli, J. M. Guerreiro-Tanomaru and M. Tanomaru Filho. 2011. “Cytotoxicity of Portland cement with different radiopacifying agents: a cell death study”. Journal of Endodontics, Vol 37 (2): 203-210.
A. M. Galow, A. Rebl, D. Koczan, S. M. Bonk, W. Baumann and J. Gimsa. 2017. “Increased osteoblast viability at alkaline pH in vitro provides a new perspective on bone regeneration”. Biochemistry and biophysics reports, Vol 10: 17-25.
B. W. Jo, C. H. Kim, G. H. Tae and J. B. Park. 2007. “Characteristics of cement mortar with nano-SiO2 particles”. Construction and building materials, Vol 21 (6): 1351-1355.
K. Sobolev, I. Flores, R. Hermosillo and L. M. Torres-Martínez. 2006. “Nanomaterials and nanotechnology for high-performance cement composite”. Proceeding of ACI session on nanotechnology of concrete: recent developments and future perspectives, Vol 7: 93-120.
