The influence of the phosphorus content on the bioactivity of sol–gel glass ceramics

Abstract

The aim of this work was to study the influence of the phosphorus on the crystallization and bioactivity of glass-ceramics obtained from sol–gel glasses. For this purpose two sol–gel glasses with a similar composition but one of them containing P2O5 (70% SiO2; 30% CaO and 70% SiO2; 26% CaO; 4% P2O5, mol%) were prepared. Pieces of these glasses were treated at temperatures ranging between 700°C and 1400°C for 3 h. The obtained materials were characterized by XRD, FTIR, SEM-EDS and the biaxial flexural strength was determined in samples heated at 1100°C. In addition, an in vitro bioactivity study in simulated body fluid (SBF) was carried out. The results showed that phosphorus plays an important role in the crystallization of the glasses: it induced the crystallization of calcium phosphate phases, the stabilization of the wollastonite phase at high temperature as well as the crystallization of SiO2 phases at low temperatures. Moreover, the presence of phosphorus produced a heterogeneous distribution of defects in the pieces and, therefore, the flexural strength of samples containing this element decreased. Finally, glass-ceramics obtained from glasses containing phosphorus showed the fastest formation rate of the apatite layer when soaked in SBF.El objetivo de este trabajo fue estudiar la influencia del fósforo en la cristalización y bioactividad de vitrocerámicas obtenidas a partir de vidrios sol-gel. Para ello se prepararon dos vidrios sol-gel de composición similar pero uno de ellos conteniendo P2O5 (70% SiO2; 30% CaO y 70% SiO2; 26% CaO; 4% P2O5, mol%). Piezas de estos vidrios se trataron a temperaturas comprendidas entre 700°C y 1400°C durante 3 h. Los materiales obtenidos se caracterizaron por DRX, FTIR, SEM-EDS y se determinó la resistencia a la flexión biaxial en muestras tratadas a 1100°C. Además, se llevó a cabo un estudio de bioactividad in vitro en fluido biológico simulado (SBF). Los resultados mostraron que el fósforo desempeña un papel importante en la cristalización de los vidrios: indujo la cristalización de fases de fosfato de calcio, la estabilización de la fase wollastonita a alta temperatura, así como la cristalización de fases de SiO2 a baja temperatura. Además, la presencia de fósforo produjo una distribución heterogénea de defectos en las piezas y, por tanto, disminuyó la resistencia a la flexión de las piezas que lo contenían. Por último, las vitrocerámicas obtenidas a partir de vidrios que contenían fósforo mostraron una mayor velocidad de formación de la capa de apatita cuando se sumergieron en SBF