Preparation and Characterization of Nanohydroxyapatite Doped PMMA, PS and PVA Nanocomposite Membranes

Abstract

This study aims to develop new types of polymeric nanocomposite membranes that can be used for biomaterial purposes with membrane technology. In study, nano-sized hydroxyapatite (nHA) synthesis was performed first by wet chemical method. In the second stage, nanocomposite membranes were prepared by the phase inversion method mixing different percentages of polymethyl methacrylate (PMMA), polysulfone (PS) and polyvinyl alcohol (PVA) polymers and different percentages of nHA (1-7% by mass). Polyvinylpyrrolidone (PVP) was used as a crosslinker in the preparation of membranes. The morphological structures of polymeric nanocomposite membranes were determined using scanning electron microscope (SEM) and atomic force microscope (AFM) devices, the crystallographic properties of the materials and the phases they contain were determined using X-ray diffraction (XRD). Additionally, structure analyzes were carried out by SEM-EDS and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). It is evaluated that the hydroxyapatite in the prepared membranes can be used in a wide variety of applications in orthopedics after the necessary tests are performed on the prepared polymeric nanocomposite membranes due to their similarity to bone composition

Keywords

• Polymeric Nanocomposite
• Characterization
• Membrane
• Nanohydroxyapatite.

Nanohidroksiapatit Katkılı PMMA, PS ve PVA Nanokompozit Membranların Hazırlanması ve Karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, membran teknolojisi ile biyomalzeme amaçlı kullanılabilecek yeni tür polimerik nanokompozit membranların geliştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada, ilk olarak yaş kimyasal yöntemi ile nano boyutlarda hidroksiapatit (nHA) sentezi yapılmıştır. İkinci aşamada ise, farklı yüzdelik oranlarda polimetil metakrilat (PMMA), polisülfon (PS) ve polivinil alkol (PVA) polimerleri ve farklı yüzdelik oranlarda (kütlece %1-7) nHA karıştırılarak faz inversiyon yöntemi ile nanokompozit membranlar hazırlanmıştır. Membranların hazırlanmasında çapraz bağlayıcı olarak polivinilpirolidon (PVP) kullanılmıştır. Polimerik nanokompozit membranların morfolojik yapıları taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) cihazları kullanılarak, malzemelerin kristalografik özelliklerinin ve içerdikleri fazların belirlenmesi X-ışını kırınım (XRD) cihazı kullanılarak yapıldı. Ayrıca, SEM-EDS ve Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ile yapı analizleri gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan membranların içeriğindeki hidroksiapatitin, kemik bileşimine benzerliği nedeniyle hazırlanan polimerik nanokompozit membranlara gerekli testler yapıldıktan sonra ortopedi alanında çok çeşitli uygulamalarda kullanılabileceği değerlendirilmektir.

Keywords

• Polimerik nanokompozit
• Karakterizasyon
• Membran
• Nanohidroksiapatit.

References

1. [1] Aslan, M. 2016. Membran teknolojileri. 1. Baskı. Türkiye Çevre Koruma Vakfı, Ankara, 275s.
2. [2] Baker, R.W. 2000. Membrane technology. Encyclopedia of Polymer Science and Technology, 3, 184–249.
3. [3] Jain, S., Bajpai, A.K. 2013. Designing polyethylene glycol (PEG)–plasticized membranes of poly (vinyl alcohol-g-methyl methacrylate) and investigation of water sorption and blood compatibility behaviors. Designed Monomers and Polymers, 16(5), 436-446.
4. [4] Tomasino, C. 1992. Chemistry & Technology of Fabric Preparation & Finishing, North Carolina State University, USA, 245s.
5. [5] Aslam,M., Kalyar, M.A., Raza Z.A. 2018. Polyvinyl alcohol: A review of research status and use of polyvinyl alcohol based nanocomposites. Polymer Engineering and Science, 58(12), 2115-2331.
6. [6] Ekmen, M. 2009. Hidroksiapatit kristallerinin kontrollü ilaç salımında kullanımı. Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 127s, İstanbul.
7. [7] Hassan, M.I., Sultana, N. 2017. Characterization, drug loading and antibacterial activity of nanohydroxyapatite/polycaprolactone (nHA/PCL) electrospun membrane. 3 Biotech, 7(4), 1-9.
8. [8] Üstündağ, C.B. 2011. Karbon nano tüp takviyeli biyoaktif seramik tozlarının sentezi, karakterizasyonu ve Ti-6Al-4V alaşımı üzerine kaplanması. Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 165s, İstanbul.

9. [9] Kumar, R., Ali, S.A., Singh, P., De, U., Virk, H.S., Prasad, R. 2011. Physical and chemical response of 145 MeV Ne6+ ion irradiated polymethylmethacrylate (PMMA) polymer. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 269(14), 1755-1759.
10. [10] Liang J., Huang Y., Zhang L., Wang Y., Ma Y., Guo T., Chen Y. 2009. Molecular-level dispersion of graphene into poly (vinyl alcohol) and effective reinforcement of their nanocomposites. Advances in Materials Science and Engineering, 19, 2297-2302.
11. [11] Yang, C.C., Chiu, S.J., Chien, W.C. 2006. Development of alkaline direct methanol fuel cells based on crosslinked PVA polymer Membranes. Journal of Power Sources, 162, 21–29.
12. [12] Duan, G., Zhang, C., Li, A., Yang, X., Lu, L., Wang, X. 2008. Preparation and characterization of mesoporous zirconia made by using a poly methyl methacrylate) template. Nanoscale Research Letters, 3, 118–122.