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

Модифицирование кальцийфосфатной пенокерамики биоапатитом в среде SBF

В.К. Крутько1, Л.Ю. Маслова1, О.Н. Мусская1, Т.В. Сафронова2, А.И. Кулак1

1 ГНУ «Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси»
2 ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»

DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.870

Оригинальная статья

Аннотация: Получена многофазная кальцийфосфатная пенокерамика, представленная β -трикальцийфосфатом (65%) и β -пирофосфатом кальция ( 25 %), включающая гидроксиапатит (5 %) и α -трикальцийфосфат (5 %), пористостью 60 – 64 % со сквозной архитектурой пенополиуретана. Нанесение слоя гидроксиапатита приводило к увеличению содержания гидроксиапатита до 25 %,  α-трикальцийфосфата до 40 %, и повышению статической прочности до 0,03 МПа при снижении пористости до 49 %. Нанесение второго слоя гидроксиапатита способствовало повышению содержания гидроксиапатита до 40 %, статическая прочность достигала 0,05 МПа при пористости 40 %. Формирование биоапатита в виде слоя «пеносфер» размером от 2 до 10 мкм происходило в процессе модифицирования всех видов пенокерамики в растворе SBF в течение 21 – 28 суток. Модифицированная кальцийфосфатная пенокерамика, обогащенная α -трикальцийфосфатом и гидроксиапатитом, характеризовалась максимальной статической прочностью 0,08 МПа при пористости 38%.

Ключевые слова: кальцийфосфатная пенокерамика, гидроксиапатит, пенополиуретан, трикальцийфосфат, SBF (Simulated body fluid), биоапатит

  • Крутько Валентина Константиновна – к.х.н., доцент, заведующий лабораторией фотохимии и электрохимии, ГНУ «Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси»
  • Маслова Любовь Юрьевна – 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»
  • Сафронова Татьяна Викторовна – к.т.н., доцент, старший научный сотрудник факультета наук о материалах, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
  • 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. Модифицирование кальцийфосфатной пенокерамики биоапатитом в среде SBF / В.К. Крутько, Л.Ю. Маслова, О.Н. Мусская, Т.В. Сафронова, А.И. Кулак // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2021. — Вып. 13. — С. 870-880. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.870.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Сафронова, Т.В. Неорганические материалы для регенеративной медицины / Т.В. Сафронова // Неорганические материалы. – 2021. – Т. 57. – № 5. – С. 467-499. DOI: 10.31857/S0002337X21050067.
2. Dorozhkin, S. Calcium orthophosphates in nature, biology and medicine / S. Dorozhkin // Materials. – 2009. – V. 2. – I. 2. – P. 399-498. DOI: 10.3390/ma2020399.
3. Сафронова, Т.В. Медицинское неорганическое материаловедение в России: кальцийфосфатные материалы / Т.В. Сафронова, В.И. Путляев // Наносистемы: физика, химия, математика. – 2013. – Т. 4. – № 1. – С. 24-47.
4. Samavedi, S. Calcium phosphate ceramics in bone tissue engineering: A review of properties and their influence on cell behavior / S. Samavedi, A.R. Whittington, A.S. Goldstein // Acta Biomaterialia. – 2013. – V. 9. – I. 9. – P. 8037-8045. DOI: 10.1016/j.actbio.2013.06.014.
5. Montufar, E.B. Calcium Phosphate Foams: Potential Scaffolds for Bone Tissue Modeling in Three Dimension / E.B. Montufar, L. Vojtova, L. Celko et al. // 3D Cell Culture. Part of the Methods in Molecular Biology. – 2017. – V. 1612. – P. 79-94. DOI: 10.1007/978-1-4939-7021-6_6.
6. Сафронова, Т.В. Кальцийфосфатная керамика в системе Ca(PO3)2–Ca2P2O7 на основе порошковой смеси, содержащей гидрофосфаты кальция / Т.В. Сафронова, В.И. Путляев, А.В. Кнотько и др. // Стекло и керамика. – 2018. – № 7. – С. 37-44.
7. Tamai, M. Synthesis of a novel β -tricalcium phosphate / hydroxyapatite biphasic calcium phosphate containing niobium ions and evaluation of its osteogenic properties / M. Tamai, K. Isama, R. Nakaoka et al. // Journal of Artificial Organs. – 2007. – V. 10. – I. 1. – Р. 22-28. DOI: 10.1007/s10047-006-0363-y.
8. Крутько, В.К. Термические превращения в композиционных материалах на основе гидроксиапатита и диоксида циркония / В.К. Крутько, О.Н. Мусская, А.И. Кулак // Неорганические материалы. – 2017. – Т. 53. – № 4. – С. 427-434. DOI: 10.7868/S0002337X17040091.
9. Gomes, S. Thorough analysis of silicon substitution in biphasic calcium phosphate bioceramics: a multi-technique study / S. Gomes, G. Renaudin, A. Mesbah et al. // Acta Biomaterialia. – 2010. – V. 6. – I. 8. – Р. 3264-3274. DOI: 10.1016/j.actbio.2010.02.034.
10. Fujiwara, K. A novel strategy for preparing nanoporous biphasic calcium phosphate of controlled composition via a modified nanoparticle-assembly method / K. Fujiwara, M. Okada, S. Takeda et al. // Materials Science and Engineering: C. – 2014. – V. 35. – Р. 259-266. DOI: 10.1016/j.msec.2013.11.019.
11. Sánchez-Salcedo, S. Upgrading calcium phosphate scaffolds for tissue engineering applications / S. Sánchez-Salcedo, D. Arcos, M. Vallet-Regí // Key Engineering Materials. – 2008. – V. 377. – Р. 19-42. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.377.19.
12. Крутько, В.К. Влияние фазы трикальцийфосфата на прочность гидроксиапатитовой пенокерамики в процессе термического отжига / В.К. Крутько, O.Н. Мусская, A.И. Кулак и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2017. – Вып. 9. – С. 264-270. DOI: 10.26456/pcascnn/2017.9.264.
13. Kokubo, T. Solutions able to reproduce in vivo surface-structure changes in bioactive glass-ceramics A–W / T. Kokubo, H. Kushitani, S. Sakka et al. // Journal of Biomedical Materials Research. – 1990. – V. 24. – I. 6. – P. 721–734. DOI: 10.1002/jbm.820240607.
14. Baino, F. The use of simulated body fluid (SBF) for assessing materials bioactivity in the context of tissue engineering: review and challenges / F. Baino, S. Yamaguchi // Biomimetics. – 2020. – V. 5. – I. 4. – Art. № 57. – 19 p. DOI: 10.3390/biomimetics5040057.
15. Kokubo, T. Simulated body fluid and the novel bioactive materials derived from it / T. Kokubo, S. Yamaguchi // Journal of Biomedical Materials Research Part A. – 2019. – V. 107. – I. 5. – P. 968-977. DOI: 10.1002/jbm.a.36620.
16. Крутько, В.К. Синтетический гидроксиапатит – основа костнозамещающих биоматериалов / В.К. Крутько, А.И. Кулак, О.Н. Мусская и др. // София: электронный научно-просветительский журнал. – 2017. – № 1. – С. 50-57.
17. Мусская, О.Н. Получение биоактивных мезопористых кальцийфосфатных гранул / О.Н. Мусская, А.И. Кулак, В.К. Крутько и др. // Неорганические материалы. – 2018. – Т. 54. – № 2. – С. 130-137. DOI: 10.7868/S0002337X18020033.
18. Крутько, В.К. Термическая эволюция кальцийфосфатной пенокерамики, полученной на основе гидроксиапатита и монокальцийфосфата моногидрата / В.К. Крутько, О.Н. Мусская, А.И. Кулак и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 615-623. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.615.
19. Крутько, В.К. Кальцийфосфатная пенокерамика с регулируемой биоактивностью / В.К. Крутько, О.Н. Мусская, А.И. Кулак и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2018. – Вып. 10. – С. 374-382. DOI: 10.26456/pcascnn/2018.10.374.
20. Крутько, В.К. Кальцийфосфатная пенокерамика на основе порошковой смеси гидроксиапатит–брушит / В.К. Крутько, О.Н. Мусская, А.И. Кулак и др. // Стекло и керамика. – 2019. – № 7. – С. 38-44.
21. Kokubo, T. How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity? / T. Kokubo, H. Takadama // Biomaterials. – 2006. – V. 27. – I. 15. – P. 2907-2915. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2006.01.017.
22. 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.
23. Huang, Y. Phase transition from α -TCP into β -TCP in TCP / HA composites / Y. Huang, W. Huang, L. Sun et al. // International Journal of Applied Ceramic Technology. – 2010. – V. 7. – I. 2. – Р. 184-188. DOI: 10.1111/j.1744-7402.2009.02384.x.
24. Kim, D.H. Evaluation of phase transformation behavior in biphasic calcium phosphate with controlled spherical micro-granule architecture / D.H. Kim, H.H. Chun, J.D. Lee et al. // Ceramics International. – 2014. – V. 40. – I. 4. – Р. 5145-5155. DOI: 10.1016/j.ceramint.2013.10.064.
25. Maciejewski, M. Phase transitions in amorphous calcium phosphates with different/ Ca P ratios / M. Maciejewski, T.J. Brunner, S.F. Loher et al. // Thermochimica Acta. – 2008. – V. 468. – I. 1-2. – Р. 75-80. DOI: 10.1016/j.tca.2007.11.022.
26. Kim, H.M. The mechanism of biomineralization of bone-like apatite on synthetic hydroxyapatite: an in vitro assessment / H.M. Kim, T. Himeno, M. Kawashita et al. // Journal of The Royal Society Interface. – 2004. – V. 1. – I. 1. – P. 17-22. DOI: 10.1098/rsif.2004.0003.
27. Kokubo, T. Process of bonelike apatite formation on sintered hydroxyapatite in serum-Containing SBF / T. Kokubo, T. Himeno, H.M. Kim et al. // Key Engineering Materials. – 2004. – V. 254-256. – P. 139-142. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.254-256.139.
28. Kokubo, T. Surface structure of bioactive glass-ceramic A – W implanted into sheep and human vertebra / T. Kokubo, C. Ohtsuki, S. Kotani et al. // In: Bioceramics. – V. 2; ed. by G. Heimke. – Cologne: German Ceramic Society. – 1990. – P. 113-120.
29. Bano, S. In-vitro cell interaction and apatite forming ability in simulated body fluid of ICIE16 and 13-93 bioactive glass coatings deposited by an emerging suspension high velocity oxy fuel (SHVOF) thermal spray / S. Bano, R. Romero, D.M. Grant et al. // Surface and Coatings Technology. – 2021. – V. 407. – Art. № 126764. – 13 p. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.126764.
30. Gao, Ch. Nano SiO2 and MgO improve the properties of porous β -TCP scaffolds via advanced manufacturing technology / Ch. Gao, P. Wei, P. Feng et al. // International Journal of Molecular Sciences. – 2015. – V. 16. – I. 4. – Р. 6818-6830. DOI: 10.3390/ijms16046818.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒