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

Изучение возможности получения биокомпозитов на основе наноразмерного гидроксиапатита, упрочненного оксидом титана и фторидом кальция

Е.А. Богданова1,2, В.М. Скачков1, К.В. Нефедова1

1 ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
2 АО «Гиредмет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.779

Оригинальная статья

Аннотация: В статье обсуждается возможность получения упрочненного композиционного материала на основе наноструктурированного гидроксиапатита, синтезированного методом осаждения из раствора. Новый материал получен путем механохимичекого синтеза гидроксиапатита с оксидом титана и фторидом кальция. Синтезированные образцы аттестованы с использованием современных физико-химических методов анализа. Показано влияние качественного и количественного состава композита на протекание процессов спекания и прочностные характеристики исследуемых образцов. Экспериментально установлено, что наиболее перспективной для разработки на ее основебиокомпозитов является система Ca10(PO4)6(OH)2 – 15%CaF2-15%TiOx. Композиционные материалы данного состава обладают плотной равномерной структурой с высокой степенью кристалличности, сразвитой пористостью, являются перспективным материалом для дальнейших исследований с целью внедрения его в медицинскую практику. Оценена возможность практического применения полученного композиционного материала в качестве компонента биоактивного покрытия. На разработанный композиционный материал подана заявка на патент.

Ключевые слова: гидроксиапатит, фторапатит, оксид титана, фторид кальция, спекание, композиционные биоматериалы, микротвердость, биоактивное покрытие

  • Богданова Екатерина Анатольевна – к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН», ведущий научный сотрудник лаборатории электрохимических устройств для водородной энергетики АО «Гиредмет»
  • Скачков Владимир Михайлович – к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
  • Нефедова Ксения Валерьевна – к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории перспективных функциональных материалов для химических источник тока, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»

Ссылка на статью:

Богданова, Е.А. Изучение возможности получения биокомпозитов на основе наноразмерного гидроксиапатита, упрочненного оксидом титана и фторидом кальция / Е.А. Богданова, В.М. Скачков, К.В. Нефедова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 779-793. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.779.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Mondal, S. Hydroxyapatite: A journey from biomaterials to advanced functional materials / S. Mondal, S. Park, J. Choi et al. // Advances in Colloid and Interface Science. – 2023. – V. 321. – Art. № 103013. – 27 p. DOI: 10.1016/j.cis.2023.103013.
2. Баринов, С.М. Биокерамика на основе фосфатов кальция / С.М. Баринов, В.С. Комлев. – М.: Наука, 2006. – 204 с.
3. Zhou,H. Nanoscale hydroxyapatite particles for bone tissue engineering / H. Zhou, J. Lee // Acta Biomaterialia. – 2011. – V. 7. – I. 7. – P. 2769-2781. DOI: 10.1016/j.actbio.2011.03.019.
4. Wang, H.X. In vitro degradation and mechanical integrity of Mg–Zn–Ca alloy coated with Ca-deficient hydroxyapatite by the pulse electrodeposition process / H.X. Wang, S.K. Guan, X. Wang, C.X. Ren, L.G. Wang // Acta Biomaterialia. – 2010. – V. 6.– I. 5. – P. 1743-1748. DOI: 10.1016/j.actbio.2009.12.009.
5. John, K.R.St. 2 - Mechanical biocompatibility of dental materials / K.R.St. John // Biocompatibility of Dental Biomaterials; Woodhead Publishing Series in Biomaterials. – 2017. – P. 9-21. DOI: 10.1016/B978-0-08-100884-3.00002-3.
6. Kim, H-W. Effect of CaF2 on densification and properties of hydroxyapatite–zirconia composites for biomedical applications / H-W. Kim, Y-J. Noh, Y-H. Koh, H-E. Kim, H-M. Kim // Biomaterials. – 2002. – V. 23. – I. 20. – P. 4113-4121. DOI: 10.1016/s0142-9612(02)00150-3.
7. Guidara, A. The effects of MgO, ZrO2 and TiO2 as additives on microstructure and mechanical properties of Al2O3–FAP composite / A. Guidara, K. Chaari, S. Fakhfakh, J. Bouaziz // Materials Chemistry and Physics. – 2017. – V. 202. – P. 358-368. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2017.09.039.
8. Htun, Z.L. Characterization of CaO–ZrO2 reinforced hap biocomposite for strength and toughness improvement / Z.L. Htun, N. Ahmad, A.A. Thant, A.-F.M. Noor // Procedia Chemistry. – 2016. – V. 19. – Р. 510-516. DOI: 10.1016/j.proche.2016.03.046.
9. Mobasherpour, I. Effect of the addition ZrO2–Al2O3 on nanocrystalline hydroxyapatite bending strength and fracture toughness / I. Mobasherpour, M. Solati Hashjin, S.S. Razavi-Toosi, R. Darvishi Kamachali // Ceramics International. – 2009. – V. 35. – I. 4. – Р. 1569-1574. DOI: 10.1016/j.ceramint.2008.08.017.
10. Placido, F. Titanium dioxide coatings for medical devices / F. Placido, A. McLean, A.A. Ogwu, W. Ademosu // In: Surgical Tools and Medical Devices; ed. by M.J. Jackson, W. Ahmed. – Cham: Springer, 2016. – pp. 81-91. DOI: 10.1007/978-3-319-33489-9_3.
11. Rempel, S.V. Impact of titanium monoxide stoichiometry and heat treatment on the properties of TiOy/HAp nanocomposite / S.V. Rempel, D.A. Eselevich, E.Yu. Gerasimov, A.A. Valeeva // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – V. 800. –P. 412-418. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.06.057.
12. Rempel, S.V. The effect of substoichiometric nanocrystalline titanium monoxide (TiOy) additions on the strength properties of hydroxyapatite (HAp) / S.V. Rempel, Е.А. Bogdanova, А.А. Valeeva et al. // Inorganic Materials. – 2016. – V. 52. – I. 5. – P. 476-482. DOI: 10.1134/S0020168516050137.
13. Rempel, S.V. Vacuum-made nanocomposite of low-temperature hydroxyapatite (HAp) and hard nonstoichiometric titanium monoxide (TiOy) with enhanced mechanical properties / S.V. Rempel, А.А. Valeeva, Е.А. Bogdanova et al. // Mendeleev Communications. – 2016. – V. 26. – I. 6. – P. 543-545. DOI: 10.1016/j.mencom.2016.11.029.
14. Farzin, A. Comparative evaluation of biocompatibility of dense nanostructured and microstructured hydroxyapatite/titania composites / A. Farzin, M. Ahmadian, M.H. Fathi // Materials Science and Engineering: C. – 2013. – V. 33. – I. 4. – P. 2251-2257. DOI: 10.1016/j.msec.2013.01.053.
15. Khalajabadi, S.Z. In vitro biodegradation, electrochemical corrosion evaluations and mechanical properties of an Mg/HA/TiO2 nanocomposite for biomedical applications / S.Z. Khalajabadi, N. Ahmad, S. Izman et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2017. – V. 696. – P. 768-781. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.11.106.
16. He, Y. Microstructure evolution, electrochemical properties and in-vitro properties of Ti-Nb-Zr based biocomposite by hydroxyapatite bioceramic / Y. He, Y. Zhang, Y. Jiang, R. Zhou, J. Zhang // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – V. 764. – P. 987-1002, DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.06.132.
17. Chen, Y. Thermal and chemical stability of fluorohydroxyapatite ceramics with different fluorine contents / Y. Chen, X. Miao // Biomaterials. – 2005. – V. 26. – I. 11. – P. 1205-1210. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2004.04.027.
18. Zang, M. Characterization, mechanical properties, corrosion behavior and bone-like apatite formation ability of fluorine substituted hydroxyapatite coating / M. Zang, L. Li, X. Sun et al. // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. – 2024. – V. 151. – Art. № 106364. – 8 p. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2023.106364.
19. Панкратов, А.С. Проблемы биоинтеграции микро- и нанокристаллического гидроксиапатита и подходы к их решению / А.С. Панкратов, И.С. Фадеева, В.В. Минайчев и др. // Гены и клетки. – 2018. – Т. 13. – № 3. – С. 46-51. DOI: 10.23868/201811032.
20. 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.
21. 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.
22. 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.
23. 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.
24. Powder Diffraction File JCPDS-ICDD PDF-2 (Set 1-47). (Release, 2016). – Режим доступа: www.url: https://www.icdd.com/pdf-2/. – 15.02.2024.
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. 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 ⇒