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

Исследование влияния оксидов титана и циркония на прочностные характеристики наноразмерного гидроксиапатита

К.И. Сабанин1, В.М. Скачков2, И.С. Медянкина2, Е.А. Богданова2,3, Н.А. Сабирзянов2

1 ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»
2 ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
3 АО «Гиредмет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.981

Оригинальная статья

Аннотация: В статье обсуждается возможность дисперсного упрочнения наноструктурированного гидроксиапатита, синтезированного методом осаждения из раствора путем введения армирующих добавок нестехиометрического оксида титана и диоксида циркония. Упрочненный композиционный материал: гидроксиапатит – нестехиометрический оксид титана – диоксид циркония  получали путем механохимичекого синтеза гидроксиапатита с допирующими компонентами с последующимотжигом при температуре 1000°C. Исходные компоненты и синтезированные образцы были аттестованы с использованием современных физико-химических методов анализа: рентгенофазовый анализ, дифференциальный термический анализ, сканирующая электронная микроскопия, анализ площади поверхности и пористости, дисперсионный анализ. Показано влияние качественного и количественного состава композита на протекание процессов спекания и прочностные характеристики исследуемых образцов в широком интервале температур 25-1200°С.Экспериментально установлено, что наиболее перспективной для разработки на ее основе биокомпозитов является система гидроксиапатит – 15% нестехиометрический оксид титана – 5% диоксид циркония. Композиционные материалы данного состава обладают плотной равномерной прочной структурой с высокой степенью кристалличности и развитой поверхностью, являются перспективным материалом для дальнейших исследований с целью внедрения его в медицинскую практику.

Ключевые слова: гидроксиапатит, оксид титана, диоксид циркония, спекание, композиционные биоматериалы, микротвердость

  • Сабанин Кирилл Игоревич – студент 4 курс кафедры экспериментальной физики, ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»
  • Скачков Владимир Михайлович – к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
  • Медянкина Ирина Сергеевна – научный сотрудник лаборатории перспективных функциональных материалов для химических источник тока, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
  • 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»
  • Сабирзянов Наиль Аделевич – д.т.н., главный научный сотрудник, заведующий лабораторией химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»

Ссылка на статью:

Сабанин, К.И. Исследование влияния оксидов титана и циркония на прочностные характеристики наноразмерного гидроксиапатита / К.И. Сабанин, В.М. Скачков, И.С. Медянкина, Е.А. Богданова, Н.А. Сабирзянов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 981-994. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.981.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Adhikara, G. Bovine hydroxyapatite for bone tissue engineering: preparation, characterization, challenges, and future perspectives/ G. Adhikara, A.P. Maharani, A. Puspitasari et al. // European Polymer Journal. – 2024. – V. 214. – Art. № 113171. – 12 p. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2024.113171.
2. Pilliar, R.M. Porous calcium polyphosphate scaffolds for bone substitute applications – in vitro characterization / R.M. Pilliar, M.J. Filiaggi, J.D. Wells et al. // Biomaterials. – 2001. – V. 22. – I. 9. – P. 963-972. DOI: 10.1016/S0142-9612(00)00261-1.
3. Khalid, H. 4 - Basics of hydroxyapatite—structure, synthesis, properties, and clinical applications / H. Khalid, A.A. Chaudhry // Handbook of Ionic Substituted Hydroxyapatites; ed. by A.S. Khan, A.A. Chaudhry. In: Woodhead Publishing Series in Biomaterials. – Cambridge: Woodhead Publishing, 2020. – P. 85-115. DOI: 10.1016/B978-0-08-102834-6.00004-5.
4. Câmara, G.I.F. Biocomposite based on nanoscale calcium phosphate and collagen from Nile tilapia (Oreochromis niloticus) skin: properties and morphological features / G.I.F. Câmara, M. do L.L.R. Menezes, N.F. Vasconcelos et al. // Materials Letters. – 2020. – V. 279. – Art. № 128441. – 4 p. DOI: 10.1016/j.matlet.2020.128441.
5. Ofudje, E.A. Synthesis of organic derived hydroxyapatite scaffold from pig bone waste for tissue engineering applications / E.A. Ofudje, A. Rajendran, A.I. Adeogun et al. // Advanced Powder Technology. – 2018. – V. 29. – I. 1. – P. 1-8. DOI: 10.1016/j.apt.2017.09.008.
6. Ramesh, S. Characterization of biogenic hydroxyapatite derived from animal bones for biomedical applications / S. Ramesh, Z.Z. Loo, C.Y. Tan et al. // Ceramics International. – 2018. – V. 44. – I. 9. – P. 10525-10530. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.03.072.
7. Баринов, С.М. Биокерамика на основе фосфатов кальция / С.М. Баринов, В.С. Комлев. – М.: Наука, 2006. – 204 с.
8. 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.
9. 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 et al. // Acta Biomaterialia – 2010. – V. 6. – I. 5. – P. 1743-1748. DOI: 10.1016/j.actbio.2009.12.009.
10. John, K.S. 2 - Mechanical biocompatibility of dental materials. Biocompatibility of dental biomaterials / K.S. John // Biocompatibility of Dental Biomaterials; ed. by R. Shelton. In: Woodhead Publishing Series in Biomaterials. – Cambridge: Woodhead Publishing, 2017. – P. 9-21. DOI: 10.1016/B978-0-08-100884-3.00002-3.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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 et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – V. 764. – P. 987-1002, DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.06.132.
16. Prasad, V.J.S.N. Silver-doped ZrO2-TiO2 nanocomposite coatings on 316L stainless steel for enhanced corrosion resistance and bio applications / V.J.S.N. Prasad, F. Mayanglambam, P.N.V.V.L. Pramila Rani, P. Dobbidi // Surface and Coatings Technology. – 2024. – V. 493. - Part 1. – Art. № 131203. – 14 p. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2024.131203.
17. Samanipour, F. Electrophoretic enhanced micro arc oxidation of ZrO2–HAp–TiO2 nanostructured porous layers / F. Samanipour, M.R. Bayati, H.R. Zargar et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2011. – V. 509. – I. 38. – P. 9351-9355. DOI: 10.1016/j.jallcom.2011.07.035.
18. Naji, Q.K. Investigations of structure and properties of layered bioceramic HA/TiO2 and ZrO2/TiO2 coatings on Ti-6Al-7Nb alloy by micro-arc oxidation / Q.K. Naji, J.M. Salman, N.M. Dawood // Materials Today Proceedings. – 2022. – V. 61. – Part 3. – P. 786-793. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.09.038.
19. 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.
20. 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.
21. 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.
22. 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.
23. 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.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒