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

Разработка материала на основе гидроксиапатита и алюмосиликатных цеолитов со связующим агентом для формирования биоактивных покрытий

В.М. Скачков1, Е.А. Богданова1,2, С.А. Бибанаева1, А.Г. Широкова1

1 ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук»
2 АО «Гиредмет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.1004

Оригинальная статья

Аннотация: Упрочненный композиционный материал с пористой структурой получен путем механохимическогосинтеза наноструктурированного гидроксиапатита, синтезированного методом осаждения из водного раствора, с армирующими добавками синтетических алюмосиликатных цеолитов, полученных из отходов глиноземного производства. Оценена возможность использования полученного композиционного материала совместно со связующим веществом (пищевой желатин) в качестве биоактивного покрытия на металлических матрицах. Показано влияние фазового состава на физико-химические свойства покрытий (адгезионная прочность, микротвердость, удельная поверхность, микроструктура, предел прочности). 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 алюмосиликатными цеолитами со связующим агентом подана заявка на патент.

Ключевые слова: гидроксиапатит, композиционные материалы, алюмосиликатные цеолит, желатин, коллаген, биоматериал, биоактивные покрытия, адгезия

  • Скачков Владимир Михайлович – к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук»
  • Богданова Екатерина Анатольевна – к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук», ведущий научный сотрудник лаборатории электрохимических устройств для водородной энергетики АО «Гиредмет»
  • Бибанаева Светлана Александровна – научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук»
  • Широкова Алла Геннадьевна – к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук»

Ссылка на статью:

Скачков, В.М. Разработка материала на основе гидроксиапатита и алюмосиликатных цеолитов со связующим агентом для формирования биоактивных покрытий / В.М. Скачков, Е.А. Богданова, С.А. Бибанаева, А.Г. Широкова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 1004-1015. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.1004.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Sadeghzade, S. Recent advances on bioactive baghdadite ceramic for bone tissue engineering applications: 20 years of research and innovation (a review) / S. Sadeghzade, J. Liu, H. Wang et al. // Materials Today Bio. – 2022. – V. 17. – Art. № 100473. – 27 p. DOI: 10.1016/j.mtbio.2022.100473.
2. Zhao, R. Osteoporotic bone recovery by a bamboo-structured bioceramic with controlled release of hydroxyapatite nanoparticles / R. Zhao, T. Shang, B. Yuan et al. // Bioactive Materials. – 2022. – V. 17. – P. 379-393. DOI: 10.1016/j.bioactmat.2022.01.007.
3. Богданова, Е.А. Получение биокомозитов на основе наноразмерного гидроксиапатита с оксидами циркония и кремния / Е.А. Богданова, В.М. Скачков, К.В. Нефедова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 655-663. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.655.
4. Богданова, Е.А. Получение биокомозитов на основе наноразмерного гидроксиапатита с соединениями титана / Е.А. Богданова, В.М. Скачков, К.В. Нефедова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 521-530. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.521.
5. Гиниятуллин, И.М. Разработка композиционных материалов на основе наноразмерного гидроксиапатита, упрочненного оксидами алюминия и циркония / И.М. Гиниятуллин, Е.А. Богданова, К.В. Нефедова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 571-579. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.571.
6. Переверзев, Д.И. Получение биокомпозитов на основе наноразмерного гидроксиапатита, допированного оксидом циркония и фторидом кальция / Д.И. Переверзев, Е.А. Богданова, К.В. Нефедова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 697-705. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.697.
7. Богданова, Е.А. Влияние армирующих добавок на процессы спекания и упрочнения наноразмерного гидроксиапатита / Е.А. Богданова, И.М. Гиниятуллин, Д.И. Переверзев, В.М. Разгуляева // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 548-554. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.548.
8. Panda, S. A comprehensive review on the preparation and application of calcium hydroxyapatite: A special focus on atomic doping methods for bone tissue engineering / S. Panda, C.K. Biswas, S. Paul // Chemistry of Materials. – 2021. – V. 47. – I. 20. – P. 28122-28144. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.07.100.
9. Borcherding, K. The rationale behind implant coatings to promote osteointegration, bone healing or regeneration / K. Borcherding, G. Schmidmaier, G.O. Hofmann, B. Wildemann // Injury. – 2021. – V. 52. – Suppl. 2. – P. S106-111. DOI: 10.1016/j.injury.2020.11.050.
10. Chen, K. Fretting stimulation enhances bone growth at the interface between hydroxyapatite coating and bone / K. Chen, Y. Zhao, Y. Zhang et al. // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. – 2022. – V. 217. – Art. № 112669. – 10 p. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2022.112669.
11. Qiu, X. Preliminary research on a novel bioactive silicon doped calcium phosphate coating on AZ31 magnesium alloy via electrodeposition / X. Qiu, P. Wan, L. Tan, X. Fan, K.Yang // Materials Science and Engineering: C. – 2014. – V. 36. – P. 65-76. DOI: 10.1016/j.msec.2013.11.041.
12. Мамаева, А.А. Исследование влияния термообработки на покрытие гидроксиапатита / А.А. Мамаева, А.К. Кенжегулов, А.В. Паничкин // Физикохимия поверхности и защита материалов. – 2018. – Т. 54. – Вып. 3. – С. 287-292. DOI: 10.7868/S0044185618030105.
13. Dobrovol'skaya, I.P. Effect of thermal treatment on the structure and properties of hydroxyapatite / I.P. Dobrovol'skaya, N.S. Tsarev, E.M. Ivan'kova et al. // Russian Journal of Applied Chemistry. – 2018. – V. 91. – I. 3. – P. 368-374. DOI: 10.1134/S1070427218030035.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
17. 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.
18. 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.
19. 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.
20. Daculsi, G. Effect of the macroporosity for osseous substitution of calcium phosphate ceramics / G. Daculsi, N. Passuti // Biomaterials. – 1990. – V. 11. – P. 86-87.
21. 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.
22. 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.
23. 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.
24. 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.
25. Бибанаева, С.А. Синтез алюмосиликатных цеолитов в условиях глиноземного производства / С.А. Бибанаева // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 747-753. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.747.
26. Пат. 2787819 Российская Федерация, МПК B01J 29/06, B01J 37/10, B01J 20/18, C01B 39/02. Способ получения синтетического цеолита / Бибанаева С.А.., Скачков В.М.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела УрО РАН. – № 2022113352; заявл. 19.05.22; опубл. 12.01.23, Бюл. № 2. – 9 с.
27.Бибанаева, С.А. Синтез и исследование функциональных характеристик композиционных материалов на основе наноразмерного гидроксиапатита и синтетических цеолитов / С.А. Бибанаева, Е.А. Богданова, В.М. Скачков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2023. – Вып. 15. – С. 913-923. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.913.
28. 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 ⇒