Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Формирование апатитов на электроосажденных кальцийфосфатах в системах Ca(NO3)2 / NH4H2PO4 и CаCO3 / Ca(H2PO4)2

В.К. Крутько1, А.Е. Дорошенко1, О.Н. Мусская1, С.М. Рабчинский2, А.И. Кулак1

1 ГНУ «Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси»
2 Белорусский государственный университет

DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.860

Оригинальная статья

Аннотация: Методом электрохимического осаждения на титановых пластинах при комнатной температуре в двухэлектродной ячейке при постоянной плотности тока 30 мА/см2 и времени осаждения 10 мин получены кальцийфосфатные покрытия: брушитные в системе Ca(NO3)2/NH4H2PO4 при pH = 4  и композитные (брушит/кальцит/апатит) в системе CaCO3/Ca(H2PO4)2 при pH = 5. Выдерживанием кальцийфосфатных покрытий обоих типов в модельном растворе SBF в течение 1 месяца определяли апатитообразующую способность (биоактивность). Новообразованный аморфизированный апатитовый слой после термообработки при 800°С кристаллизовался в β –трикальцийфосфат/гидроксиапатит на брушитных покрытиях и в гидроксиапатит на композитных покрытиях за счет присутствия кальцита, карбонат-ионы которого являются инициаторами образования гидроксиапатита, а также апатитных наночастиц в исходном покрытии. Полученные кальцийфосфатные покрытия перспективны в качестве биопокрытий повышающих остеоинтеграцию металлических имплантатов.

Ключевые слова: кальцийфосфатные покрытия, брушит, кальцит, модельный раствор SBF, аморфизированный апатит, гидроксиапатит

  • Крутько Валентина Константиновна – к.х.н., доцент, заведующий лабораторией фотохимии и электрохимии, ГНУ «Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси»
  • Дорошенко Анна Евгеньевна – младший научный сотрудник лаборатории фотохимии и электрохимии, ГНУ «Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси»
  • Мусская Ольга Николаевна – к.х.н., доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории фотохимии и электрохимии, ГНУ «Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси»
  • Рабчинский Сергей Михайлович – к.х.н., доцент кафедры электрохимии, Белорусский государственный университет
  • Кулак Анатолий Иосифович – член-корреспондент НАН Беларуси, д.х.н., профессор, директор, ГНУ «Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси»

Ссылка на статью:

Крутько, В.К. Формирование апатитов на электроосажденных кальцийфосфатах в системах Ca(NO3)2 / NH4H2PO4 и CаCO3 / Ca(H2PO4)2 / В.К. Крутько, А.Е. Дорошенко, О.Н. Мусская, С.М. Рабчинский, А.И. Кулак // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2021. — Вып. 13. — С. 860-869. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.860.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Dorozhkin, S.V. Calcium orthophosphates (CaPO4): occurrence and properties. Review paper // Progress in Biomaterials. – 2016. – V. 5. – I. 1. – P. 9-70. DOI: 10.1007/s40204-015-0045-z.
2. Nakai, M. Calcium phosphate coating of biomedical titanium alloys using metal–organic chemical vapour deposition / M. Nakai, H. Niinomi, K. Saito, T. Goto // Materials Technology. – 2015. – V. 30. – Issue sup5: Part B1. – P. 8-12. DOI: 10.1179/1753555714Y.0000000228.
3. Крутько, В.К. Модификация поверхности апатит-полимерных покрытий ультрафиолетовым облучением / В.К. Крутько, А.И. Кулак, О.Н. Мусская, С.А. Уласевич // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2016. – Вып. 8. – С. 195-201.
4. Prosolov, K. RF magnetron-sputtered coatings deposited from biphasic calcium phosphate targets for biomedical implant applications / K. Prosolov, K. Popova, O. Belavskaya et al. // Bioactive Materials. – 2017. – V. 2. – I. 3. – P. 170-176. DOI: 10.1016/j.bioactmat.2017.07.003.
5. Крутько, В.К. Электрохимическое осаждение кальцийфосфатных покрытий на титановой и углеродных подложках / В.К. Крутько, А.И. Кулак, О.Н. Мусская, Л.А. Лесникович, С.А. Уласевич // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2014. – Вып. 6. – С. 214-219.
6. Wolf-Brandstetter, C. Multifunctional calcium phosphate based coatings on titanium implants with integrated trace elements / C. Wolf-Brandstetter, R. Beutner, R. Hess et al. // Biomedical Matererials. – 2019. – V. 15. – № 2. – P. 2-30. DOI: 10.1088/1748-605X/ab5d7b.
7. Takashi, G. Chemical vapor deposition of Ca–P–O film coating / G. Takashi, K. Hirokazu // In: Interface Oral Health Science. Innovative Research on Biosis-Abiosis Intelligent Interface: Conference proceedings; ed. by K. Sasaki, O. Suzuki, N. Takahashi. – Tokyo, Heidelberg, New York, Dordrecht, London, Springer, 2014. – P. 103-115. DOI: 10.1007/978-4-431-55192-8_9.
8. Lin, X. Biomimetic calcium phosphate coating as a drug delivery vehicle for bone tissue engineering: a mini-review / X. Lin, J. Chen, Y. Liao, J. Pathak // Coatings. – 2020. – V. 10. – I. 11. – P. 1-19. DOI: 10.3390/coatings10111118.
9. Surmenev, R. Significance of calcium phosphate coatings for the enhancement of new bone osteogenesis-a review / R. Surmenev, M. Surmeneva, A. Ivanova // Acta Biomaterials. – 2014. – V. 10. – I. 2. – P. 1-106. DOI: 10.1016/j.actbio.2013.10.036.
10. Basu, S. Unravelling doped biphasic calcium phosphate: synthesis to application / S. Basu, B. Basu // ACS Applied Bio Materials. – 2019. – V. 12. – I. 12. – P. 5263-5297. DOI: 10.1021/acsabm.9b00488.
11. Venugopal, J. Biomimetic hydroxyapatite-containing composite nanofibrous substrates for bone tissue engineering / J. Venugopal, M. Prabhakaran, Y. Zhang et al. // Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. – 2010. – V. 368. – I. 1917. – P. 2065-2081. DOI: 10.1098/rsta.2010.0012.
12. Szczes, A. Synthesis of hydroxyapatite for biomedical applications / A. Szczes, L. Holysz, E. Chibowski // Advances in Colloid Interface Sciences. – 2017. – V. 249. – P. 321-330. DOI: 10.1016/j.cis.2017.04.007.
13. Li, Y. Novel highly biodegradable biphasic tricalcium phosphates composed of α -tricalcium phosphate and β -tricalcium phosphate / Y. Li, W. Weng, K.C. Tam // Acta Biomaterials. – 2007. – V. 3. – I. 2. – P. 251-254. DOI: 10.1016/j.actbio.2006.07.003.
14. Bohner. M. New hydraulic cements based on alpha-tricalcium phosphate-calcium sulfate dihydrate mixtures / M. Bohner // Biomaterials. – 2004. – V. 25. – I. 4. – P. 741-749. DOI: 10.1016/s0142-9612(03)00573-8.
15. Ren, D. Amelogenin affects brushite crystal morphology and promotes its phase transformation to monetite / D. Ren, Q.Ruan, J. Tao et al. // Crystal Growth Design. – 2016. – V. 16. – I. 9. – P. 4981-4990. DOI: 10.1021/acs.cgd.6b00569.
16. Zhang, J. Underlying role of brushite in pathological mineralization of hydroxyapatite / J. Zhang, L. Wang, C. Putnis // Journal of Physical Chemistry B. – 2019. – V. 123. – I. 13. – P. 2874-2881. DOI: 10.1021/acs.jpcb.9b00728.
17. Jalota, S. Effect of carbonate content and buffer type on calcium phosphate formation in SBF solutions / S. Jalota, B. Bhaduri, A. Tas // Journal of Material Science. – 2006. – V. 17. – I. 8. – P. 697-707. DOI: 10.1007/s10856-006-9680-1.
18. Kokubo, T. Simulated body fluid (SBF) as a standard tool to test the bioactivity of Implants / T. Kokubo, H. Takadama // In: Handbook of Biomineralization: Biological Aspects and Structure Formation; ed. by E. Epple, E. Bäuerlein. – Weinheim: WILEY‐ VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2007. – Ch. 7. – P. 97-109. DOI: 10.1002/9783527619443.ch51.
19. Escada, A. Biomimetic calcium phosphate coating on Ti–7,5Mo alloy for dental application / A. Escada, J. Machado, S. Schneider, M. Alves Rezende, A. Alves Claro // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. – 2011. – V. 22. – I. 11. – P. 2457-2465. DOI: 10.1007/s10856-011-4434-0.
20. Крутько, В.К. Электрохимическое осаждение апатит-полимерных покрытий на поверхности титана / В.К. Крутько, А.И. Кулак, О.Н. Мусская // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2015. – Вып. 7. – С. 322-328.
21. Powder Diffraction File JCPDS-ICDD PDF-2 (Set 1-47). (Release, 2016). – Режим доступа: www.url: https://www.icdd.com/pdf-2. – 15.06.2021.
22. Dobelin, N. Thermal treatment of flame‐ synthesized amorphous tricalcium phosphate nanoparticles / N. Dobelin, T. Brunner, W. Stark, E. Conforto, M. Bohner // Journal of American Ceramic Society. – 2010. – V. 93. – I. 10. – P. 3455-3463. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2010.03856.x.
23. Крутько, В.К. Электрохимический синтез кальцийфосфатов на поверхности титана / В.К. Крутько, О.Н. Мусская, А.И. Кулак, А.Е. Дорошенко // Международная конференция «Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка», 9-11 сентября 2020, Минск: тезисы. – Минск: Белоруская навука, 2020. – С. 494-497.
24. Bui, X Synthesis and characterization of HA/ β ‐ TCP bioceramic powder / X. Bui // Vietnam Journal of Chemistry. – 2018. – V. 56. – I. 2. – P. 152-155. DOI: 10.1002/vjch.201800004.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒