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


Разработка композиционных смесей на основе гидроксиапатита и биогенных элементов для формирования биоактивных покрытий

Е.А. Богданова, В.М. Скачков, К.В. Нефедова

ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»

DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.771

Оригинальная статья

Аннотация: Упрочненный композиционный материал с пористой структурой получен путем механохимичекого
синтеза наноструктурированного гидроксиапатита, синтезированного методом осаждения из водного раствора, с армирующими добавками диоксида циркония и кремниевой кислоты. В качестве связующего вещества использован пищевой желатин. Оценено влияние фазового состава на физико-
химические свойства покрытий (адгезионная прочность, микротвердость, удельная поверхность, микроструктура). Установлено, что использование композиционного материала совместно с желатином в составе биоактивного покрытия позволяет повысить его твердость и адгезионную прочность. На разработанные биоактивные покрытия на основе наноразмерного гидроксиапатита и биогенных элементов со связующим агентом подана заявка на патент. Разработан состав сухой смеси на основе гидроксиапатита, что обеспечивает длительный срок хранения без негативных последствий и создает простые условия транспортировки. Разведение сухой смеси дистиллированной водой дает суспензию, которую удобно использовать для нанесения покрытий на имплантаты любой конфигурации.

Ключевые слова: гидроксиапатит, композиционные материалы, биогенные элементы, желатин, коллаген, биоматериал, биоактивные покрытия, адгезия

  • Богданова Екатерина Анатольевна – к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
  • Скачков Владимир Михайлович – к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
  • Нефедова Ксения Валерьевна – научный сотрудник лаборатории перспективных и функциональных материалов для ХИТ, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»

Ссылка на статью:

Богданова, Е.А. Разработка композиционных смесей на основе гидроксиапатита и биогенных элементов для формирования биоактивных покрытий / Е.А. Богданова, В.М. Скачков, К.В. Нефедова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 771-781. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.771.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Cao, H. A biodegradable porous composite scaffold of PGA/β-TCP for bone tissue engineering / H. Cao, N. Kuboyama // Bone. – 2010. – V. 46. – I. 2. – P. 386-395. DOI: 10.1016/j.bone.2009.09.031.
2. Помогайло, А.Д. Металлополимерные гибридные нанокомпозиты / А.Д. Помогайло, Г.И. Джардималиева. – М.: Наука, 2015. – 494 с.
3. Ethirajan, A. Surface-functionalized polymeric nanoparticles as templates for biomimetic mineralization of hydroxyapatite / A. Ethirajan, U. Ziener, K. Landfester // Chemistry of Materials. – 2009. – V. 21. – I. 11. – P. 2218-2225. DOI: 10.1021/cm9001724.
4. Баринов, С.М. Биокерамика на основе фосфатов кальция / С.М. Баринов, В.С. Комлев. – М.: Наука, 2006. – 204 с.
5. Tadic, D. A thorough physicochemical characterisation of 14 calcium phosphate-based bone substitution materials in comparison to natural bone / D. Tadic, M. Epple // Biomaterials. – 2004. – V. 25. – I. 6. – P. 987-994. DOI: 10.1016/S0142-9612(03)00621-5.
6. Мусская, О.Н. Трехмерные модели на основе полилактида и гидроксиапатита / О.Н. Мусская, В.К. Крутько, А.И. Кулак и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 326-335. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.326.
7. Мусская, О.Н. Синтез фосфатов магния в полимерной матрице / О.Н. Мусская, В.К. Крутько, А.И. Кулак // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 860-867. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.860.
8. Pottathara, Y.B. Morphological, mechanical, and in-vitro bioactivity of gelatine/collagen/hydroxyapatite based scaffolds prepared by unidirectional freeze-casting / Y.B. Pottathara, T. Vuherer, U. Maver, V. Kokol // Polymer Testing. – 2021. – V. 102. – Art. № 107308. – 13 p. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2021.107308.
9. Zhang, Y. Effects of gelatin addition on the microstructure of freeze-cast porous hydroxyapatite ceramics / Y. Zhang, K. Zuo, Yu-P. Zeng // Ceramics International. – 2009. – V. 35. – I. 6. – P. 2151-2154. DOI: 10.1016/j.ceramint.2008.11.022.
10. Vlierberghe, S.V. Biopolymer-based hydrogels as scaffolds for tissue engineering applications: a review / S.V. Vlierberghe, P. Dubruel, E. Schacht // Biomacromolecules. – 2011. – V. 12. – I. 5. – P. 1387-1408. DOI: 10.1021/bm200083n.
11. Sarker, A. Fabrication of recombinant human bone morphogenetic protein-2 coated porous biphasic calcium phosphate-sodium carboxymethylcellulose-gelatin scaffold and its In vitro evaluation / A. Sarker, N.T.B. Linh, H. Il Jung, H.S. Seo, B.T. Lee // Macromolecular Research. – 2014. – V. 22. – I. 12. – P. 1297-1305. DOI: 10.1007/s13233-014-2185-8.
12. Chen, J. Preparation and characterization of hydroxyapatite/gelatin composite membranes for immunoisolation / J. Chen, F. Chang // Applied Surface Science. – 2012. – V. 262. – P. 176-183. DOI: 10.1016/j.apsusc.2012.04.097.
13. Deng, L. Characterization and physical properties of electrospun gelatin nanofibrous films by incorporation of nano-hydroxyapatite / L. Deng, Y. Li, A. Zhang, H. Zhang // Food Hydrocolloids. – 2020. – V. 103. – Art. № 105640. – 9 p. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2019.105640.
14. Kim, H. Porous scaffolds of gelatin-hydroxyapatite nanocomposites obtained by biomimetic approach: characterization and antibiotic drug release / H. Kim, J. Knowles, H. Kim // Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterial. – 2005. – V. 74. – I. 2. – P. 686-698. DOI: 10.1002 / jbm.b.30236.
15. Shu, C. Synthesis and sintering of nanocrystalline hydroxyapatite powders by gelatin-based precipitation method / C. Shu, Y. Xianzhu, X. Zhangyin et al. // Ceramics International. – 2007. – V. 33. – I. 2. – P. 193-196. DOI: 10.1016/j.ceramint.2005.09.001.
16. Bera, T. Characterization of biomimetically synthesized Hap–Gel nanocomposites as bone substitute / T. Bera, A.N. Vivek, S.K. Saraf, P. Ramachandrarao // Biomedical Materials. – 208. – V. 3. – № 2. – Art. № 025001. – 12 p. DOI: 10.1088/1748-6041/3/2/025001.
17. Богданова, Е.А. Перспективные композиционные материалы на основе наноразмерного апатита со связующим агентом – желатин / Е.А. Богданова, В.М. Скачков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и
наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 664-671. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.664.
18. Богданова, Е.А. Получение биокомозитов на основе наноразмерного гидроксиапатита с оксидами циркония и кремния / Е.А. Богданова, В.М. Скачков, И.М. Гиниятуллин, Д.И. Переверзев, К.В. Нефедова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 655-663. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.655.
19. Jin, H.H. In-situ formation of the hydroxyapatite/chitosan-alginate composite scaffolds / H.H. Jin, C.H. Lee, W.K. Lee et al. // Materials Letters. – 2008. – V. 62. – I. 10-11. – P. 1630-1633. DOI: 10.1016/j.matlet.2007.09.043.
20. Neumann, M. Composites of calcium phosphate and polymers as bone substitution materials / M. Neumann, M. Epple // European Journal of Trauma. – 2006. – V. 32. – I. 2. – P. 125-131. DOI: 10.1007/s00068-006-6044-y.
21. Tsuruga, E. Pore size of porous hydroxyapatite as the cell-substratum controls BMP-induced osteogenesis / E. Tsuruga, H. Takita, H. Itoh, Y. Wakisaka, Y. Kuboki // The Journal of Biochemistry. – 1997. – V. 121. – I. 2. – P. 317-324. DOI: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a021589.
22. Eggli, P.S. Porous hydroxyapatite and tricalcium phosphate cylinders with two different pore size ranges implanted in the cancellous bone of rabbits: a comparative histomorphometric and histologic study of bony ingrowth and implant substitution / P.S. Eggli, W. Moller, R.K. Schenk // Clinical Orthopaedics and Related Research. – 1988. – V. 232. – P. 127-138. DOI: 10.1097/00003086-198807000-00017.
23. Daculsi, G. Effect of the macroporosity for osseous substitution of calcium phosphate ceramics / G. Daculsi, N. Passuti //Biomaterials. – 1990. – V. 11. – P. 86-87.
24. Lu, J.X. Role of interconnections in porous bioceramics on bone recolonization in vitro and in vivo / J.X. Lu, B. Flautre, K. Anselme, P. Hardouin // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. – 1999. – V. 10. – I. 2. – P. 111-120. DOI: 10.1023/A:1008973120918.
25. Bogdanova, E.A. Formation of nanodimensional structures in precipitated hydroxyapatite by fluorine substitution / E.A. Bogdanova, V.М. Skachkov, I.S. Medyankina et al. // SN Applied Sciences. – 2020. – V. 2. – I. 9. – Art. № 1565. – 7 p. DOI: 10.1007/s42452-020-03388-5.
26. Пат. 2406693 Российская Федерация, МПК C01B25/32. Способ получения суспензии гидроксиапатита / Сабирзянов Н.А., Богданова Е.А., Хонина Т.Г.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела УрО РАН. – № 2008140563/15; заявл. 13.10.08; опубл. 20.12.10, Бюл. № 35. – 5 с.
27. Пат. 2652193 Российская Федерация, МПК C01B25/32. Способ получения суспензии апатита / Богданова Е.А., Сабирзянов Н.А., Скачков В.М.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела УрО РАН. – № 2017113484; заявл. 19.04.17; опубл. 25.04.18, Бюл. № 12. – 5 с.
28. Пат. 2771382 Российская Федерация, МПК A61L 27/02, A61L 27/04, A61L 27/12. Композиционный материал для костных имплантатов и способ его получения / Богданова Е.А., Переверзев Д.И., Гиниятуллин И.М., Скачков В.М.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела УрО РАН. – № 2021114682; заявл. 25.05.21; опубл. 04.05.22, Бюл. № 13. – 9 с.
29. Желатин. Технические условия: ГОСТ 11293-89. – Взамен ГОСТ 11293-78, ГОСТ 4821-77, ГОСТ ЭД 1 4821-87, ТУ 10-02-01-21-86; введ. 01.07.1991. – М.: ИПК Изд-во Стандартов, 1989. – 24 с.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒