Влияние добавок Na₂O и TiO₂ на свойства биоактивных тонкопленочных материалов на основе системы SiO₂–P₂O₅–СаO

Золь-гель методом синтезированы тонкие пленки из спиртовых пленкообразующих растворов на основе тэтраэтоксисилана, фосфорной кислоты, хлорида кальция, хлорида натрия, тетрабутоксититана. Тонкие пленки получены на подложках из монокристаллического кремния (модельная подложка) методом центрифугирования с последующей термической обработкой при температуре 60 °С в течение 20 мин и при температуре 600, 800 °С в течение 1 ч. В ходе эксперимента было установлено, что растворы для получения пленок пригодны от 2 до 7 сут с момента приготовления. По данным рентгенофазового анализа в образце при температуре 600 °С и выше фиксируются кристаллические формы SiO₂, СаSiO₃, Са₂Р₂O₇, сложные фосфаты, анатаз. Изучены кислотно-основные свойства поверхности пленкообразующих растворов, высушенных при температуре 60 °С и отожженных при температуре 600 и 800 °С. Независимо от состава исходной системы на поверхности образцов, высушенных при температуре 60 °С, преобладают кислотные центры Бренстеда, для образцов, отожженных при температуре 600 и 800 °С, значение рН резко увеличивается и тонкодисперсный образец представляет собой основание Бренстеда. Биологическую активность полученных материалов оценили в среде SBF. Наличие оксида титана в системе приводит к увеличению биоактивности материала. Такой материал интенсивно обменивается ионами кальция и фосфат-ионами с раствором, силанольные группы связывают ионы кальция, способствуя формированию слоя аморфных фосфатов кальция, постепенно кристаллизующихся в ГА и другие фосфаты кальция

Литература

[1] Li H., Chang J. Stimulation of proangiogenesis by calcium silicate bioactive ceramic // Acta Biomaterialia. 2013. Vol. 9. Iss. 2. P. 5379–5389. DOI: 10.1016/j.actbio.2012.10.019

[2] Sadat-Shojai M., Khorasani M., Dinpanah-Khoshdargi E., Jamshidi A. Synthesis methods for nanosized hydroxyapatite diverse structures // Acta Biomaterialia. 2013. Vol. 9. Iss. 8. P. 7591–7621. DOI: 10.1016/j.actbio.2013.04.012

[3] Abidi S.S.A., Murtaza Q. Synthesis and characterization of nano-hydroxyapatite powder using wet chemical precipitation reaction // Journal of Materials Science and Technology. 2014. Vol. 30. Iss. 4. P. 307–310. DOI: 10.1016/j.jmst.2013.10.011

[4] Calcium phosphate cements for bone substitution: Chemistry, handling and mechanical properties / J. Zhang, W. Liu, V. Schnitzler, F. Tancret, J.M. Bouler // Acta Biomaterialia. 2014. Vol. 10. Iss. 3. P. 1035–1039. DOI: 10.1016/j.actbio.2013.11.001

[5] Баринов С.М. Биокерамика на основе фосфатов кальция. М.: Наука, 2005. 204 p.

[6] Skogareva L.S., Minaeva N.A., Filippova T.V. Synthesis, vibrational spectra, and structure of divalent metal peroxodisulfates // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2009. Vol. 54. Iss. 9. P. 1341–1349. DOI: 10.1134/S0036023609090010

[7] Borilo L.P., Lyutova E.S., Spivakova L.N. Study of biological properties of thin-film materials on the basis of the SiO2–P2O5–СаO system // Key Engineering Materials. 2016. Vol. 683. P. 427–432.

[8] Sol-gel hybrid membranes loaded with meso/macroporous SiO2, TiO2–P2O5 and SiO2–TiO2–P2O5 materials with high proton conductivity / Y. Castro, J. Mosa, M. Aparicio, L.A. Perez-Carrillo, et al. // Materials Chemistry and Physics. 2015. Vol. 149-150. P. 686–694. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2014.11.028

[9] Synthesis and bioactive properties of macroporous nanoscale SiO2–CaO–P2O5 bioactive glass / B. Lei, X. Chen, Y. Wang, N. Zhao, C. Du, L. Fang // J. of Non-Crystalline Solids. 2009. Vol. 355. Iss. 52-54. P. 2678–2681. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2009.09.029

[10] Kokubo T., Kushitani H., Sakka S. Solutions able to reproduce in vivo surface-structure changes in bioactive glass-ceramic A-W3 // Journal of Biomedical Materials Research. Part A. 1990. Vol. 24. Iss. 6. P. 721–734. DOI: 10.1002/jbm.820240607

[11] Борило Л.П., Петровская Т.С., Лютова Е.С. Синтез и свойства тонких пленок на основе фаз системы SiO2–P2O5–СаO // Неорганические материалы. 2014. Т. 50. № 8. С. 874–877. DOI: 10.7868/S0002337X14080053

[12] Айлер Р.К. Химия кремнезема. М.: Мир. 1982. 416 с.

[13] Boccaccini A.R., Blaker J.J. Bioactive composite materials for tissue engineering scaffolds // Expert Review of Medical Devices. 2005. Vol. 2. No. 3. P. 303–317. DOI: 10.1586/17434440.2.3.303

[14] Формирование и свойства биоактивных покрытий на титане / С.В. Гнеденков, Ю.П. Шаркеев, С.Л. Синебрюхов и др. // Перспективные материалы. 2011. № 2. С. 49–59.