Синтез и свойства биоактивных сферических композитов TiO₂--SiO₂--P₂O₅/La₂O₃ на основе катионита "Токем-250"

Аннотация

Получены сферические композиты TiO₂--SiO₂-- P₂O₅/La₂O₃ на основе катионита "Токем-250". Каркас композита представлен TiO₂--SiO₂--P₂O₅, а внутренняя часть заполнена La₂O₃. Макропористый катионит "Токем-250" обладает высокой избирательной способностью к ионам лантана La³⁺ и является перспективным для создания биоматериалов. Для сохранения сферической формы композита необходима ступенчатая термическая обработка (после сушки при температуре 60 °C) при 150, 250, 350 °C (каждая в течение 30 мин) и при 600 °C (в течение 6 ч). На поверхности полученных сферических композитов присутствуют активные центры (Si⁴⁺, Ti⁴⁺), которые способствуют осаждению и минерализации кальций-фосфатов на поверхности полученных материалов в биологических средах. Ион La³⁺ благоприятно влияет на способность к образованию кальций-фосфатного слоя на поверхности сферических композитов TiO₂--SiO₂--P₂O₅/La₂O₃ на основе катионита "Токем-250". Полученные образцы могут быть использованы для дальнейших исследований. Возможно использование поливинилового спирта в качестве связующей добавки, поскольку он является инертным по отношению к исследуемым образцам и не влияет на биосвойства полученных сферических композитов

Работа выполнена при поддержке Программы развития НИ ТГУ ("Приоритет-2030")

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Лютова Е.С., Вакуленко А.М., Борило Л.П. Синтез и свойства биоактивных сферических композитов TiO₂--SiO₂--P₂O₅/La₂O₃ на основе катионита "Токем-250". Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2024, № 3 (114), с. 163--178. EDN: WMTLDW

Литература

[1] Kim T., See C.W., Li X., et al. Orthopedic implants and devices for bone fractures and defects: past, present and perspective. Eng. Regen., 2020, vol. 1, pp. 6--18. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engreg.2020.05.003

[2] Jeong J., Kim J.H., Shim J.H., et al. Bioactive calcium phosphate materials and applications in bone regeneration. Biomater Res., 2019, vol. 23, art. 4. DOI: https://doi.org/10.1186/s40824-018-0149-3

[3] Wajda A., Goldmann W.H., Detsch R., et al. Influence of zinc ions on structure, bioactivity, biocompatibility and antibacterial potential of melt-derived and gel-derived glasses from CaO--SiO₂ system. J. Non. Cryst. Solids, 2019, vol. 511, iss. 1, pp. 86--99. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2018.12.040

[4] Yilmaz E., Soylak M. Functionalized nanomaterials for sample preparation methods. In: Handbook of Nanomaterials in Analytical Chemistry. Elsevier, 2019, pp. 375--413. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816699-4.00015-3

[5] Stango S.X., Vijayalakshmi U. Synthesis and characterization of hydroxyap-atite/carboxylic acid functionalized MWCNTS composites and its triple layer coatings for biomedical applications. Ceram. Int., 2019, vol. 45, iss. 1, pp. 69--81. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.09.135

[6] Samavedi S., Whittington A.R., Goldstein A.S. Calcium phosphate ceramics in bone tissue engineering: a review of properties and their influence on cell behavior. Act. Biomater., 2013, vol. 9, iss. 9, pp. 8037--8045. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2013.06.014

[7] Ibadat N.F., Ongkudon C.M., Saallah S., et al. Synthesis and characterization of polymeric microspheres template for a homogeneous and porous monolith. Polymers, 2021, vol. 13, iss. 21, art. 3639. DOI: https://doi.org/10.3390/polym13213639

[8] Li X., Wang M., Deng Y., et al. Fabrication and properties of Ca--P bioceramic spherical granules with interconnected porous structure. ACS Biomater. Sci. Eng., 2017, vol. 3, iss. 8, pp. 1557--1566. DOI: https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.7b00232

[9] Bjornoy S.H., Bassett D.C., Ucar S., et al. A correlative spatiotemporal microscale study of calcium phosphate formation and transformation within an alginate hydrogel matrix. Acta Biomater., 2016, vol. 44, pp. 254--266. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2016.08.041

[10] Biernat M., Jaegermann Z., Tymowicz-Grzyb P., et al. Influence of low-temperature reaction time on morphology and phase composition of short calcium phosphate whiskers. Process. Appl. Ceram., 2019, vol. 13, no. 1, pp. 57--64. DOI: https://doi.org/10.2298/PAC1901057B

[11] Popa A.C., Stan G.E., Husanu M.A., et al. Bioglass implant-coating interactions in synthetic physiological fluids with varying degrees of biomimicry. Int. J. Nanomed., 2017, vol. 12, pp. 683--707. DOI: https://doi.org/10.2147/IJN.S123236

[12] Sadat-Shojai M., Khorasani M.T., Dinpanah-Khoshdargi E. Synthesis methods for nanosized hydroxyapatite with diverse structures. Acta Biomater., 2013, vol. 9, iss. 8, pp. 7591--7621. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2013.04.012

[13] Bohner M. Calcium orthophosphates in medicine: from ceramics to calcium phosphate cements. Injury, 2000, vol. 31, pp. D37--D47. DOI: https://doi.org/10.1016/S0020-1383(00)80022-4

[14] Wu S.C., Hsu H.C., Hsu S.K., et al. Effects of calcination on synthesis of hydroxyapatite derived from oyster shell powders. J. Aust. Ceram. Soc., 2019, vol. 55, pp. 1051--1058. DOI: https://doi.org/10.1007/s41779-019-00317-7

[15] Esmaeilkhanian A., Sharifianjazi F., Abouchenari A., et al. Synthesis and characterization of natural nano-hydroxyapatite derived from turkey femur-bone waste. Appl. Biochem. Biotechnol., 2019, vol. 189, no. 3, pp. 919--932. DOI: https://doi.org/10.1007/s12010-019-03046-6

[16] Rahmani F., Es-Haghi A., Hosseini M.-R.M., et al. Preparation and characterization of a novel nanocomposite coating based on sol-gel titania/hydroxyapatite for solid-phase microextraction. Microchem. J., 2019, vol. 145, pp. 942--950. DOI: https://doi.org/10.1016/j.microc.2018.12.012

[17] Campana V., Milano G., Pagano E., et al. Bone substitutes in orthopaedic surgery: from basic science to clinical practice. J. Mater. Sci.: Mater. Med., 2014, vol. 25, no. 10, pp. 2445--2461. DOI: https://doi.org/10.1007/s10856-014-5240-2

[18] Hector M.G., Melnikov P., Arkhangelsky I., et al. Thermal decomposition of lanthanum nitrate hexahydrate La(NO₃)₃ ∙ 6H₂O. Int. J. Dev. Res., 2021, vol. 11, no. 1, pp. 43318--43321

[19] Kozik, V.V., Borilo, L.P., Lyutova, E.S., et al. Preparation of CaO--TiO₂--SiO₂ biomaterial with a sol-gel method for bone implantation. ACS Omega, 2020, vol. 5, iss. 42, pp. 27221--27226. DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03335

[20] Борило Л.П., Козик В.В., Лютова Е.С. и др. Получение и свойства сферических биоматериалов для системы TiO₂--SiO₂/СаO с использованием золь-гель метода. Стекло и керамика, 2019, т. 76, № 8, с. 44--50. EDN: JHVTVI

[21] Шамсутдинова А.Н., Козик В.В. Получение и свойства тонких пленок на основе оксидов титана, кремния и никеля. Химия в интересах устойчивого развития, 2016, т. 24, № 5, с. 699--704. DOI: http://dx.doi.org/10.15372/KhUR20160515

[22] Kokubo T., Kushitani H., Sakka S. Solutions able to reproduce in vivo surface-structure changes in bioactive glass-ceramic A--W³. Biomaterials, 1990, vol. 24, no. 6, pp. 721--734. DOI: https://doi.org/10.1002/jbm.820240607

[23] Vijayalakshmi U., Rajeswari S. Preparation and characterization of microcrystalline hydroxyapatite using sol gel method. Trends Biomater. Artif. Org., 2006, vol. 19, no. 2, pp. 57--62.

[24] Balamurugan A., Sockalingum G., Michel J., et al. Synthesis and characterization of sol gel derived bioactive glass for biomedical applications. Mater. Lett., 2006, vol. 60, iss. 29-30, pp. 3752--3757. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.03.102