Синтез наногидроксиапатита модифицированного ионами лантана и церия: состав и свойства
О.А. Голованова
ФГАОУ ВО «Омский Государственный Университет им. Ф.М. Достоевского»
DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.837
Оригинальная статья
Аннотация: Наночастицы гидроксилапатитов, легированные ионами лантаноидов, могут использоваться в качестве люминесцентных меток и стать альтернативой органическим флуорофорам, так как они более стабильны и имеют больший срок службы. Такие материалы позволяют исследовать ткани при работе в области хирургии, костной инженерии и при процессе восстановления тканей. Известно, что лантаноиды обладают высоким сродством к гидроксиапатиту. Это объясняется тем, что лантаноиды имеют близкие ионные радиусы с ионами кальция, с этим связана их биологическая активность. Редкоземельные элементы ингибируют образование остеокластоподобных клеток и процесс резорбции костной ткани. При этом лантаноиды оказывают биологическое воздействие на организм, вследствие чего подавляется рост бактерий, и при это изменяется структура наружной клеточной мембраны, отвечающая за проницаемость клеток. В работе проведен синтез замещенных гидроксиапатитов с варьированием содержания ионов лантана (III) и церия (III). Методами рентгенофазового анализа и инфракрасной спектроскопией доказано образование замещенного гидроксиапатита. Показано изменение параметров кристаллических решеток синтезированных фаз, что свидетельствует о замещении ионов кальция на ионы редкоземельных элементов в структуре гидроксиапатита. Методом атомно-эмиссионной спектрометрией с индуктивно-связанной плазмойдоказано присутствие ионов редкоземельных элементов в твердых фазах. При изучении резорбциисинтезированных образцов выявлено, что катион-замещенные гидроксиапатиты менее растворимы, чем не модифицированный гидроксиапатит. Таким образом, ионы лантана (III) и церия (III) могут ингибировать и подавлять действие остеокластов и тем самым препятствовать разрушению костной ткани, при этом сохраняя ее целостность. В соответствии с этим материал на основе гидроксиапатита, дозированного ионами редкоземельных элементов, может оказывать положительное действие при его использовании в костной инженерии.
Ключевые слова: синтез, гидроксиапатит, модифицирование, биоактивность, структура, редкоземельные элементы
- Голованова Ольга Александровна – д.г.-м.н., профессор, заведующая кафедрой неорганической химии, ФГАОУ ВО «Омский Государственный Университет им. Ф.М. Достоевского»
Ссылка на статью:
Голованова, О.А. Синтез наногидроксиапатита модифицированного ионами лантана и церия: состав и свойства / О.А. Голованова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 837-847. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.837.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Баринов, С.М. Биокерамика на основе фосфатов кальция / С. М. Баринов, С.В. Комлев. – М.: Наука, 2005. – 204 с.
2. Dorozhkin, S.V. Calcium orthophosphates: occurrence and properties. Review paper / S.V. Dorozhkin // Progress in Biomaterials. – 2016. – V. 5. – P. 9-70. DOI: 10.1007/s40204-015-0045-z.
3. Mucalo, M. Hydroxyapatite (HAp) for biomedical applications. Woodhead Publishing Series in Biomaterials / M. Mucalo. – Amsterdam: Elsevier/Woodhead Publishing, 2015. – XIX+381 p.
4. Yelten-Yilmaza, A. Wet chemical precipitation synthesis of hydroxyapatite (HA) powders/ A. Yelten-Yilmaza, S. Yilmaza // Ceramics International. – 2018. – V. 44. – I. 8. – P. 9703-9710. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.02.201.
5. Rodríguez-Lugo, V. Wet chemical synthesis of nanocrystalline hydroxyapatite flakes: effect of pH and sintering temperature on structural and morphological properties / V. Rodríguez-Lugo, T.V.K. Karthik, D. Mendoza-Anaya, et al. //Royal society open science. –2018. – V. 5. – I. 8. – Art. № 180962. – 14 p. DOI: 10.1098/rsos.180962.
6. Cox, S. Comparison of techniques for the synthesis of hydroxyapatite / S. Cox, R.I. Walton, K.K. Mallick // Bioinspired, Biomimetic and Nanobiomaterials. – 2014. – V. 4. – I. 1. – P. 37-47. DOI: 10.1680/bbn.14.00010.
7. Cawthray, J.F. Ion exchange in hydroxyapatite with lanthanides / J.F. Cawthray, L.A. Creagh, C.A. Haynes, C. Orvig // Inorganic Chemistry. – 2015. – V. 54. – I. 4. – P. 1440-1445. DOI: 10.1021/ic502425e.
8. Guoqing, M. Three common preparation methods of hydroxyapatite / M. Guoqing // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – V. 688. – I. 3. – Art. № 033057. – 12 p. DOI: 10.1088/1757-899X/688/3/033057.
9. Tang, S. Refractory calcium phosphate-derived phosphorus fertilizer based on hydroxyapatite nanoparticles for nutrient delivery /S. Tang, X. Fei // ACS Applied Nano Materials. – 2021. – V. 4. – I. 2. – P. 1364-1376. DOI: 10.1021/acsanm.0c02921.
10. Lamkhao, S. Synthesis of hydroxyapatite with antibacterial properties using a microwave-assisted combustion method / S. Lamkhao, M. Phaya, C. Jansakun et al. // Scientific Reports. – 2019. – V. 9. – I. 1. – Art. № 4015. – 9 p. DOI: 10.1038/s41598-019-40488-8.
11. Nasiri, N. Nanostructured gas sensors for medical and health applications: low to high dimensional materials / N. Nasiri, C. Clarke // National Library of Medicine. – 2019. –V. 9. – I.1. – Art. № 43. – 22 p. DOI: 10.3390/bios9010043.
12. George, S., Application of hydroxyapatite and its modified forms as adsorbents for water defluoridation: an insight into process synthesis / S. George, D. Mehta, V. K. Saharan // Reviews in Chemical Engineering. – 2020. – V. 36. – I. 3. – P. 369-400. DOI: 10.1515/revce-2017-0101.
13. Thales, R. Structural properties and self-activated photoluminescence emissions in hydroxyapatite with distinct particle shapes / R. Thales, M. Júlio, C. Sczancoskia et al.// Ceramics International. – 2018. – V. 44. – I. 1. – P. 236-245. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.09.164.
14. Kazin, P.E. Crystal structure details of La- and Bi-substituted hydroxyapatites: evidence for LaO + and BiO + with a very short metal–oxygen bond / P.E. Kazin, M.A. Pogosova, L.A. Trusov et al. // Journal of Solid-State Chemistry. – 2016. – V. 237. – P. 349-357. DOI: 10.1016/j.jssc.2016.03.004.
15. Kaur, K. Lanthanide (= Ce, Pr, Nd and Tb) ions substitution at calcium sites of hydroxyl apatite nanoparticles as fluorescent bio probes: experimental and density functional theory study / K. Kaur, K.J. Singh, V. Anand, et al. // Ceramics International. – 2017. – V. 43. – I. 13. – P. 10097-10108. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.05.029.
16. Gopi, D. Development of Ce3+/Eu3+ dual-substituted hydroxyapatite coating on surgical grade stainless steel for improved antimicrobial and bioactive properties / D. Gopi, S. Sathishkumar, A. Karthika et al. // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2014. – V. 53. – I. 52. – P. 20145-20153. DOI: 10.1021/ie504387k.
17. Golovanova, O.A. Synthesis of of hydroxylapatite substituted with ree ions (La3+ and Y3+): сomposition, structure, and properties / O.A. Golovanova // Journal of Inorganic Chemistry. – 2023. – V. 68. – I. 3. – Р. 334-341. DOI: 10.1134/S0036023622700139.