Формирование биомиметического апатита на кальцийфосфатной пенокерамике в стандартном и бескарбонатном модельных растворах
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/2023.15.982
Оригинальная статья
Аннотация: На кальцийфосфатной пенокерамике, состоящей из α/β- трикальцийфосфата и β-пирофосфата кальция, в модельных растворах Simulated Body Fluid стандартного состава и не содержащем гидрокарбонат-ионов сформирован биомиметический апатит. Фазовый состав апатита определяется составом используемого для выдерживания раствора Simulated Body Fluid. Смещение равновесия в модельном растворе при взаимодействии кальцийфосфатной пенокерамики с ионами среды приводит к осаждению апатита в виде агрегированных частиц. Избыточное содержание Н+-ионов в бескарбонатном Simulated Body Fluid приводит к резким колебаниям величины рН и включению в сферолиты апатита примесного гидратированного СaClH2PO4. Увеличение времени выдерживания в модельных растворах Simulated Body Fluid до 21-28 суток приводит к укрупнению сферолитов апатита до 5-6 мкм. Морфология поверхности пенокерамики после осаждения апатитов изменяется незначительно с малым уменьшением сквозной пористости на 1-3% и повышением статической прочности в два раза за счет залечивания микродефектов пенокерамической структуры.
Ключевые слова: кальцийфосфатная пенокерамика, трикальцийфосфат, SBF (Simulated Body Fluid), биомиметический апатит, сферолиты
- 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. Формирование биомиметического апатита на кальцийфосфатной пенокерамике в стандартном и бескарбонатном модельных растворах / В.К. Крутько, Л.Ю. Маслова, О.Н. Мусская, А.И. Кулак // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 982-991. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.982.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. 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.
2. 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. Methods in Molecular Biology. – New York: Humana Press, 2017. – V. 1612. – P. 79-94. DOI: 10.1007/978-1-4939-7021-6_6.
3. 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. – Вып. 12. – С. 15-21.
4. Barba, A. Osteoinduction by foamed and 3D-printed calcium phosphate scaffolds: effect of nanostructure and pore architecture / A. Barba, A. Diez-Escudero, Y. Maazouz et al. // ACS Applied Materials & Interfaces. – 2017. – V. 9. – I. 48. – P. 41722-41736. DOI: 10.1021/acsami.7b14175.
5. Wang, J. Fabrication and preliminary biological evaluation of a highly porous biphasic calcium phosphate scaffold with nano-hydroxyapatite surface coating / J. Wang, Y. Zhu, M. Wang et al. // Ceramics International. – 2018. – V. 44. – I. 2. – P. 1304-1311. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.08.053.
6. Hou, X. Calcium phosphate-based biomaterials for bone repair / X. Hou, L. Zhang, Z. Zhou et al. // Journal of Functional Biomaterials. – 2022. – V. 13. – I. 9. – P. 187-226. DOI: 10.3390/jfb130401872.
7. Bejarano, J. Sol–gel synthesis and in vitro bioactivity of copper and zinc-doped silicate bioactive glasses and glass-ceramics / J. Bejarano, P. Caviedes, H. Palza // Biomedical Materials. – 2015. – V. 10. – I. 2. – Art. № 025001. – 13 p. DOI: 10.1088/1748-6041/10/2/025001.
8. 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.
9. Bouler, J.M. Biphasic calcium phosphate ceramics for bone reconstruction: A review of biological response / J.M. Bouler, P. Pilet, O. Gauthier et al. // Acta Biomaterialia. – 2017. – V. 53. – P. 1-12. DOI: 10.1016/j.actbio.2017.01.076.
10. 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. – P. 227-254. DOI: 10.3390/jcs5090227.
11. Hench, L.L. Bioceramics / L.L. Hench // Journal of the American Ceramic Society. – 1998. – V. 81. – I. 7. – P. 1705-1728. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1998.tb02540.x.
12. Kokubo, T. Solutions able to reproduce in vivo surface-structure change in bioactive glass-ceramic A-W / T. Kokubo, H. Kushitani, S. Sakka et al. // Journal of Biomedical Materials Research. – 1990. – I. 24. – P. 721-734. DOI: 10.1002/jbm.820240607.
13. Dridi, A. Mechanism of apatite formation on a poorly crystallized calcium phosphate in a simulated body fluid (SBF) at 37°C / A. Dridi, K. Zlaoui Riahi, S. Somrani // Journal of Physics and Chemistry of Solids. – 2021. – V. 156. – Art. № 110122. – 14 p. DOI: 10.1016/j.jpcs.2021.110122.
14. 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.
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 на основе порошковой смеси гидроксиапатит–брушит / В.К. Крутько, О.Н. Мусская, А.И. Кулак и др. // Стекло и керамика. – 2019. – Вып. 7. – С. 38-44.
18. 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. – Вып. 2. – С. 158-168. DOI: 10.29235/1561-8331-2022-58-2-158-168.
19. Powder Diffraction File JCPDS-ICDD PDF-2 (Set 1-47). (Release, 2016). – Режим доступа: www.url: https://www.icdd.com/pdf-2. – 28.06.2023.
20. Oyane, A. Clustering of calcium phosphate in SBF and in the system CaCl2-H3PO4-KCl-H2O / A. Oyane, K. Onuma, A. Ito et al. // Bioceramics. Proceedings of the 12th International Symposium on Ceramics in Medicine, Nara City, Japan, 8-11 October 1999. – 1999. – V. 12. – P. 157-160. DOI: 10.1142/9789814291064_0038.
21. Muller, L. Preparation of SBF with different HCO3- content and its influence on the composition of biomimetic apatites / L. Muller, F.A. Muller // Acta Biomaterialia. – 2006. – V. 2. – I. 2. – P. 181-189. DOI: 10.1016/j.actbio.2005.11.001.
22.Liu, Y. PAT for reactive crystallization process optimization for phosphorus recovery from sewage sludge / Y. Liu, H. Qu // Computer Aided Chemical Engineering, 12th International Symposium on Process Systems Engineering and 25th European Symposium on Computer Aided Process Engineering: Parts A, B and C; ed. by K.V. Gernaey, J.K. Huusom, R. Gani. – 2015. – V. 37. – P. 1571-1575. DOI: 10.1016/B978-0-444-63577-8.50107-8.
23. Piga, G. β-Tricalcium phosphate interferes with the assessment of crystallinity in burned skeletal remains / G. Piga, A. Amarante, C. Makhoul et al. // Journal of Spectroscopy. – 2018. – V. 2018. – Art. no. 5954146. – 10 p. DOI: 10.1155/2018/5954146.
24. Ryu, H.-S. An improvement in sintering property of β-tricalcium phosphate by addition of calcium pyrophosphate / H.-S. Ryu, H.-J. Youn, K.S. Hong et al. // Biomaterials. – 2002. – V. 23. – I. 3. – P. 909-914. DOI: 10.1016/s0142-9612(01)00201-0.
25. Bucur, A.I. Thermal analysis and high-temperature X-ray diffraction of nano-tricalcium phosphate crystallization / A.I. Bucur, R. Bucur, T. Vlase et al. // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. – 2012. – V. 107. I. – 1. – Р. 249-255. DOI: 10.1007/s10973-011-1753-9.
26. Гайдаш, А.А. Структура и физико-химические свойства коллагеновых гелей, обработанных гиалуроновой кислотой / А.А. Гайдаш, В.К. Крутько, О.Н. Мусская и др. // Журнал прикладной химии. – 2022. – Т. 95. – Вып. 11. – С. 21-35. DOI: 10.1134/S1070427222110039.
27. Глазов, И.Е. Низкотемпературное формирование и идентификация двухфазных карбонат-фосфатов кальция / И.Е. Глазов, В.К. Крутько, О.Н. Мусская и др. // Журнал неорганической химии. – 2022. – Т. 67. – Вып. 11. – С. 1541-1553. DOI: 10.31857/S0044457X22600876.