Композиты на основе кальцийфосфатной пенокерамики и геля гидроксиапатита
В.К. Крутько, Л.Ю. Маслова, О.Н. Мусская, А.И. Кулак
ГНУ «Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси»
DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.791
Оригинальная статья
Аннотация: Получены биоактивные кальцийфосфатные композиты, состоящие из открытопористой многофазной кальцийфосфатной пенокерамики на основе α / β-трикальцийфосфата, β-пирофосфата кальция, биомиметического апатита и 5% геля гидроксиапатита при соотношении по массе (пенокерамика / гель гидроксиапатита) 1:3 и 1:10. Предварительное модифицирование кальцийфосфатной пенокерамики биомиметическим апатитом в концентрированном растворе SBF×5 позволяет увеличить статическую прочность до 0,05 МПа при незначительном снижении пористости и сохранении открытопористой структуры пенополиуретана. Кальцийфосфатные композиты обладают повышенной резорбируемостью в SBF×5 и в 3-5 раз быстрее резорбируются по сравнению с кальцийфосфатной пенокерамикой. Присутствие значительного количества геля гидроксиапатита дополнительно ускоряет резорбцию кальцийфосфатной пенокерамики и протекающие процессы формирования апатита с участием ионов раствора SBF×5 за счет высокой реакционной способности. Полученные кальцийфосфатные композиты могут быть использованы в регенеративных методах лечения для заполнения костных дефектов в ненагруженных областях.
Ключевые слова: кальцийфосфатная пенокерамика, трикальцийфосфат, гель гидроксиапатита, simulated body fluid, биомиметический апатит, резорбируемость
- 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»
- Кулак Анатолий Иосифович – академик НАН Беларуси, д.х.н., профессор, директор, ГНУ «Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси»
Ссылка на статью:
Крутько, В.К. Композиты на основе кальцийфосфатной пенокерамики и геля гидроксиапатита / В.К. Крутько, Л.Ю. Маслова, О.Н. Мусская, А.И. Кулак // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 781-799. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.791.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Díez-Escudero, A. In vitro degradation of calcium phosphates: effect of multiscale porosity, textural properties and composition / A. Díez-Escudero, M. Espanol, S. Beats et al. // Acta Biomaterialia. – 2017. – V. 60. – P. 81-92. DOI: 10.1016/j.actbio.2017.07.033.
2. Hutmacher, D.W. State of the art and future directions of scaffold-based bone engineering from a biomaterials perspective / D.W. Hutmacher, J.T. Schantz, C.X.F. Lam et al. // Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. – 2007. – V. 1. – I. 4. – Р. 245-260. DOI: 10.1002/term.24.
3. Bohner, M. Resorbable biomaterials as bone graft substitutes / M. Bohner // Materials Today. – 2010. – V. 13. – I. 1-2. – P. 24-30. DOI: 10.1016/S1369-7021(10)70014-6.
4. Wang, J. Nano-hydroxyapatite coating promotes porous calcium phosphate ceramic-induced osteogenesis Via BMP/Smad signaling pathway / J. Wang, M. Wang, F. Chen et al. // International Journal of Nanomedicine. – 2019. – V. 14. – P. 7987-8000. DOI: 10.2147/IJN.S216182.
5. Dimitriou, R. Bone regeneration: current concepts and future directions / R. Dimitriou, E. Jones, D. McGonagle et al. // BMC Medicine. – 2011. – V. 9. – I. 1. – Art. № 66. – 10 p. DOI: 10.1186/1741-7015-9-66.
6. Hutmacher, D.W. Scaffolds in tissue engineering bone and cartilage / D.W. Hutmacher // Biomaterials. – 2000. – V. 21. – I. 24. – P. 2529-2543. DOI: 10.1016/s0142-9612(00)00121-6.
7. Vallet-Regí, M. Calcium phosphates as substitution of bone tissues / M. Vallet-Regí, J.M. González-Calbet // Progress in Solid State Chemistry. – 2004. – V. 32. – I. 1-2. – P. 1-31. DOI: 10.1016/j.progsolidstchem.2004.07.001.
8. Сафронова, Т.В. Керамика на основе гидроксиапатита кальция, синтезированного из ацетата кальция, гидроксида кальция и гидрофосфата калия / Т.В. Сафронова, С.А. Корнейчук, В.И. Путляев и др. // Стекло и керамика. – 2012. – № 1. – С. 30-36.
9. Tavoni, M. Bioactive calcium phosphate-based composites for bone regeneration / M. Tavoni, M. Dapporto, A. Tampieri et al. // Journal of Composites Science. – 2021. – V. 5. – I. 9. – Art. № 227. – 27 p. DOI: 10.3390/jcs5090227.
10. Barrère, F. Bone regeneration: molecular and cellular interactions with calcium phosphate ceramics / F. Barrère, C.A. van Blitterswijk, K. de Groot // International Journal of Nanomedicine. – 2006. – V. 1. – I. 3. – P. 317-332.
11. Dorozhkin, S.V. Bioceramics of calcium orthophosphates / S.V. Dorozhkin // Biomaterials. – 2010. – V. 31. – I. 7. – P. 1465-1485. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2009.11.050.
12. Dee, P. Bioinspired approaches to toughen calcium phosphate-based ceramics for bone repair / P. Dee, H.Y. You, S.-H. Teoh, et al. // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. – 2020. – V. 112. – Art. ID 104078. – 15 p. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2020.104078.
13. 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.
14. Ohtsuki, C. Apatite formation on the surface of Ceravital-type glass-ceramic in the body / C. Ohtsuki, H. Kushitani, T. Kokubo et al. // Journal of Biomedical Materials Research. – 1991. – V. 25. – I. 11. – P. 1363-1370. DOI: 10.1002/jbm.820251105.
15. 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.
16. 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.
17. Крутько, В.К. Кальцийфосфатная пенокерамика, полученная обжигом порошковой смеси гидроксиапатит–монокальцийфосфат моногидрат / В.К. Крутько, Л.Ю. Маслова, О.Н. Мусская и др. // Стекло и керамика. – 2021. – № 12. – С. 15-21.
18. 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.
19. Крутько, В.К. Влияние способа дегидратации геля гидроксиапатита на физико-химические свойства нанокристаллического ксерогеля / В.К. Крутько, А.И. Кулак, Л.А. Лесникович и др. // Журнал общей химии. – 2007. – Т. 77. – № 3. – С. 366-373.
20. Takadama, H. Round-robin test of SBF for in vitro measurement of apatite-forming ability of synthetic materials / H. Takadama, M. Hashimoto, M. Mizuno et al. // Phosphorus Research Bulletin. – 2004. – V. 17. – P. 119-125. DOI: 10.3363/prb1992.17.0_119.
21. Barrere, F. Nucleation of biomimetic Ca-P coatings on ti6A14V from a SBFx5 solution: influence of magnesium / F. Barrere, C.A. van Blitterswijk, K. de Groot et al. // Biomaterials. – 2002. – V. 23. – I. 10. – P. 2211-2220. DOI: 10.1016/s0142-9612(01)00354-4.
22. 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.
23. Powder Diffraction File JCPDS-ICDD PDF-2 (Set 1-47). (Release, 2016). – Режим доступа: www.url: https://www.icdd.com/pdf-2. – 15.06.2022.
24. Крутько, В.К. Биоактивная кальцийфосфатная пенокерамика, модифицированная биомиметическим апатитом / В.К. Крутько, Л.Ю. Маслова, О.Н. Мусская и др. // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук. – 2022. – Т. 58. – № 2. – С. 158-168. DOI: 10.29235/1561-8331-2022-58-2-158-168.
25. Крутько, В.К. Модифицирование кальцийфосфатной пенокерамики биоапатитом в среде SBF / В.К. Крутько, Л.Ю. Маслова, О.Н. Мусская и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 870-880. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.870.
26. Глазов, И.Е. Апатитные фосфаты кальция: жидкофазное формирование, термические превращения, терминология и идентификация / И.Е. Глазов, В.К. Крутько, О.Н. Мусская и др. // Журнал неорганической химии. – 2022. – Т. 67. – № 2. – С. 193-202. DOI: 10.31857/s0044457x22020040.