Стабилизация аморфного фосфата кальция в структуре гидроксиапатита при жидкофазном синтезе
И.Е. Глазов, В.К. Крутько, О.Н. Мусская, А.И. Кулак
ГНУ «Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси»
DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.815
Оригинальная статья
Аннотация: Жидкофазным синтезом при pH 11 получен аморфизированный гидроксиапатит со стабилизированными включениями аморфного фосфата кальция. Надежными признаками присутствия аморфного фосфата кальция в структуре гидроксиапатита являются: 1) рефлексы α-трикальцийфосфата на дифрактограммах после 800°C; 2) выраженный экзоэффект кристаллизации аморфной фазы при 600-850°С на термограммах. Кристаллизация аморфного фосфата кальция в α-трикальцийфосфат ингибирована влиянием межкластерной воды (0,5 молекул/кластер). В условиях жидкофазного синтеза, ключевым фактором стабилизации до 16% аморфных включений является высокое пересыщение реакционной среды, обеспечиваемое скоростью смешивания растворов реагентов ~10-1 моль/с. Высокое пересыщение реакционной среды способствует формированиюоболочки гидроксиапатита вокруг ядра аморфного фосфата кальция. Оболочка гидроксиапатитаобуславливает устойчивость аморфной фазы к взаимодействию с ионами маточного раствора на протяжении 30 сут и затрудняет аллотропный переход (α→β)-трикальцийфосфат при 800°C.
Ключевые слова: аморфный фосфат кальция, жидкофазный синтез, гидроксиапатит, ядро – оболочка, двухфазные фосфаты кальция
- Глазов Илья Евгеньевич – к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории фотохимии и электрохимии, ГНУ «Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси»
- Крутько Валентина Константиновна – к.х.н., доцент, заведующий лабораторией фотохимии и электрохимии, ГНУ «Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси»
- Мусская Ольга Николаевна – к.х.н., доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории фотохимии и электрохимии, ГНУ «Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси»
- Кулак Анатолий Иосифович – академик НАН Беларуси, д.х.н., профессор, директор, ГНУ «Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси»
Ссылка на статью:
Глазов, И.Е. Стабилизация аморфного фосфата кальция в структуре гидроксиапатита при жидкофазном синтезе / И.Е. Глазов, В.К. Крутько, О.Н. Мусская, А.И. Кулак // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 815-825. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.815.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Schilling, A.F. Resorbability of bone substitute biomaterials by human osteoclasts / A.F. Schilling, W. Linhart, S. Filke et al. // Biomaterials. – 2004. – V. 25. – I. 18. – P. 3963-3972. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2003.10.079.
2. Dorozhkin, S.V. Calcium orthophosphates (CaPO4): occurrence and properties / S.V. Dorozhkin // Progress in Biomaterials. – 2016. – V. 5. – I. 1. – P. 9-70. DOI: 10.1007/s40204-015-0045-z.
3. Kickelbick, G. Hybrid materials–past, present and future / G. Kickelbick // Hybrid Materials. – 2014. – V. 1. – I. 1. – P. 39-51. DOI: 10.34657/541.
4. LeGeros, R.Z. Biphasic calcium phosphate bioceramics: preparation, properties and applications / R.Z. LeGeros, S. Lin, R. Rohanizadeh, D. Mijares et al. // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. – 2003. – V. 14. – I. 3. – P. 201-209. DOI: 10.1023/A:1022872421333.
5. Li, Y. Novel highly biodegradable biphasic tricalcium phosphates composed of α-tricalcium phosphate and β-tricalcium phosphate / Y. Li, W. Weng, K.C. Tam // Acta Biomaterialia. – 2007. – V. 3. – I. 2. – P. 251-254. DOI: 10.1016/j.actbio.2006.07.003.
6. Yang, X. Synthesis of biphasic ceramics of hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate with controlled phase content and porosity / X. Yang, Z. Wang // Journal of Materials Chemistry, – 1998. – V. 8. – I. 10. – P. 2233-2237. DOI: 10.1039/A802067A.
7. Dorozhkin, S.V. Multiphasic calcium orthophosphate (CaPO4) bioceramics and their biomedical applications / S.V. Dorozhkin // Ceramics International. – 2016. – V. 42. – I. 6. – P. 6529-6554. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.01.062.
8. Глазов, И.Е. Апатитные фосфаты кальция: жидкофазное формирование, термические превращения, терминология и идентификация / И.Е. Глазов, В.К. Крутько, О.Н. Мусская, А.И. Кулак // Журнал неорганической химии. – 2022. – Т. 67. – № 2. – С. 193-202. DOI: 10.31857/S0044457X22020040.
9. Glazov, I.E. Formation of hydroxyapatite-based hybrid materials in the presence of platelet-poor plasma additive / I.E. Glazov, V.K. Krut’ko, T.V. Safronova et al. // Biomimetics. – 2023. – V. 8. – I. 3. – Art. № 297. –12 p. DOI: 10.3390/biomimetics8030297.
10. Doebelin, N. Profex: a graphical user interface for the Rietveld refinement program BGMN / N. Doebelin, R. Kleeberg // Journal of Applied Crystallography. – 2015. – V. 48. – I. 5. – P. 1573-1580. DOI: 10.1107/S1600576715014685.
11. Combes, C. Amorphous calcium phosphates: synthesis, properties and uses in biomaterials / C. Combes, C.C. Rey // Acta Biomaterialia. – 2010. – V. 6. – I. 9. – P. 3362-3378. DOI: 10.1016/j.actbio.2010.02.017.
12. Hurle, K. Calorimetry investigations of milled α-tricalcium phosphate powders to determine the formation enthalpies of α-TCP and X-ray amorphous tricalcium phosphate / K. Hurle, J. Neubauer, M. Bohner et al. // Acta Biomaterialia. – 2015. – V. 23. – P. 338-346. DOI: 10.1016/j.actbio.2015.05.026.
13. Martin, R.I. Aqueous formation of hydroxyapatite / R.I. Martin, P.W. Brown // Journal of Biomedical Materials Research – 1997. – V. 35. – I. 3. – P. 299-308. DOI: 10.1002/(SICI)1097-4636(19970605)35:3<299::AID-JBM4>3.0.CO;2-C.
14. Montes-Hernandez, G. Nucleation of brushite and hydroxyapatite from amorphous calcium phosphate phases revealed by dynamic in situ Raman spectroscopy / G. Montes-Hernandez, F. Renard // Journal of Physical Chemistry C. – 2020. – V. 124. – I. 28. – P. 15302-15311. DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c04028.
15. Huang, Y. Phase transition from α‐TCP into β‐TCP in TCP/HA composites / Y. Huang, W. Huang, L. Sun et al. // International Journal of Applied Ceramic Technology – 2010. – V. 7. – I. 2. – P. 184-188. DOI: 10.1111/j.1744-7402.2009.02384.x.
16. Vani, R. Hydrothermal synthesis of porous triphasic hydroxyapatite/(α and β) tricalcium phosphate / R. Vani, E.K. Girija, K. Elayaraja et al. // Journal of Materials Science: Materials in Medicine – 2009. – V. 20. – P. 43-48. DOI: 10.1007/s10856-008-3480-8.
17. Maggioni, G.M. Modelling the stochastic behaviour of primary nucleation / G.M. Maggioni, M. Mazzotti // Faraday Discussions. – 2015. – V. 179. – P. 359-382. DOI: 10.1039/C4FD00255E.
18. Zhang, H. Characterization and thermal behavior of calcium deficient hydroxyapatite whiskers with various Ca/P ratios / H. Zhang, M. Zhang // Materials Chemistry Physics – 2011. – V. 126. – I. 3. – P. 642-648. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2010.12.067.
19. Gross, K.A. Thermal analysis of amorphous phases in hydroxyapatite coatings / K.A. Gross, V. Gross, C.C. Berndt // Journal of American Ceramic Society. – 1998. – V. 81. – I. 1. – P. 106-112. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1998.tb02301.x.
20. Locardi, B. Thermal behaviour of hydroxyapatite intended for medical applications / B. Locardi, U.E. Pazzaglia, C. Gabbi et al. // Biomaterials. – 1993. – V. 14. – I. 6. – P. 437-441. DOI: 10.1016/0142-9612(93)90146-S.
21. Destainville, A. Synthesis, characterization and thermal behavior of apatitic tricalcium phosphate / A. Destainville, E. Champion, D. Bernache-Assollant et al. // Materials Chemistry and Physics. – 2003. – V. 80. – I. 1. – P. 269-277. DOI: 10.1016/S0254-0584(02)00466-2.
22. Addai‐Mensah, J. Aggregation behaviour of gibbsite crystals in supersaturated sodium and potassium aluminate liquors / J. Addai‐Mensah, J. Li, C.A. Prestidge // Developments in Chemical Engineering and Mineral Processing. – 2002. – V. 10. – I. 5-6. – P. 539-551. DOI: 10.1002/apj.5500100607.
23. Jiang, S. Effect of the aggregation state of amorphous calcium phosphate on hydroxyapatite nucleation kinetics / S. Jiang, W. Jin, Y.N. Wang et al. // RSC Advances. – 2017. – V. 7. – I. 41. – P. 25497-25503. DOI: 10.1039/C7RA02208E.