Физико-химические свойства и антибактериальная активность цинк-модифицированного гидроксиапатита

Аннотация

Приведены результаты исследования образцов модифицированного цинком гидроксиапатита, полученных методом жидкофазного микроволнового синтеза и содержащих примесные фазы ортофосфатов кальция и цинка. Методом рентгенофазового и рентгеноструктурного анализа идентифицированы фазы и определены их кристаллографические параметры. Качественный и количественный фазовый состав полученных образцов зависит от числа ионов цинка, введенных в процессе синтеза. Основная фаза полученных образцов --- гидроксиапатит Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа исследована поверхность образцов. Введенные в процессе синтеза ионы цинка присутствуют на поверхности всех образцов, их распределение неравномерное. Это свидетельствует о наличии примесных цинк-содержащих фаз. Проведено биотестирование образцов гидроксиапатита, модифицированного ионами цинка (0,1; 0,3; 0,5 моль) в отношении бактерий Escherichia coli и Staphylococcus aureus. Полученные при тестировании образцов результаты на проявление антибактериальной активности показывают, что все синтезированные образцы проявляют бактерицидные свойства. В динамике определена скорость формирования кальций-фосфатного слоя на поверхности полученных образцов в SBF-растворе. По сравнению с немодифицированным гидроксиапатитом в образцах преобладают процессы осаждения и кристаллизации над процессом растворения в модельном растворе

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Гигилев А.С., Коротченко Н.М. Физико-химические свойства и антибактериальная активность цинк-модифицированного гидроксиапатита. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2026, № 3 (126), с. 87--102. EDN: NQTEYA

Литература

[1] Yazdimamaghani M., Razavi D., Vashaee K., et al. Porous magnesium-based scaffolds for tissue engineering. Mater. Sci. Eng. C, 2017, vol. 71, pp. 1253--1266. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.11.027

[2] Hayes J.S., Richards R.G. The use of titanium and stainless steel in fracture fixation. Expert. Rev. Med. Devices, 2010, vol. 7, no. 6, pp. 843--853. DOI: https://doi.org/10.1586/erd.10.53

[3] Tang L., Wu T., Li J., et al. Study on synergistic effects of nanohydroxyapatite/high-viscosity carboxymethyl cellulose scaffolds stimulated by LIPUS for bone defect repair of rats. ACS Biomater. Sci. Eng., 2024, vol. 10, no. 2, pp. 1018--1030. DOI: https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.3c01381

[4] Edward E.B., Zhou E., Zhang J., et al. Photoresponsive itaconate based bioadhesive reinforced with hydroxyapatite for potential bone repair application. Int. J. Smart Nano Mater., 2025, vol. 16, no. 3, pp. 488--509. DOI: https://doi.org/10.1080/19475411.2025.2517561

[5] Маркелов В.А., Данилко К.В., Солнцев В.А. и др. Использование синтетического гидроксиапатита, получаемого разными методами: особенности метаболизма и микроархитектуры (обзор). Современные технологии в медицине, 2024, т. 16, № 6, с. 60--77. DOI: https://doi.org/10.17691/stm2024.16.6.06

[6] Mohammad I., Jeshurun A., Reddy B.M. Four-dimensional (4D) printing of naturally-derived hydroxyapatite nanocomposite-based scaffolds for biomedical applications: a review. Nano-Struct. Nano-Objects, 2025, vol. 44, art. 101550. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoso.2025.101550

[7] Zhang T., Sun T., Dai X., et al. Nanomedicine for cranial repair: insights from recent advance in nanomaterial‐based cranioplasty. MedComm Biomater. Appl., 2025, vol. 4, no. 3, art. e70026. DOI: https://doi.org/10.1002/mba2.70026

[8] Pang Y.X., Liu X.W., Huang J.L., et al. Identification of the strain which highly produces protease and β-D-glycosidase isolated from shuidouchi produced in Sichuan and evaluating its ability of producing protease. J. Sichuan Univ. (Med. Sci. Ed.), 2019, vol. 50, no. 5, pp. 714--719.

[9] Zaed I., Cardia A., Stefini R. From reparative surgery to regenerative surgery: state of the art of porous hydroxyapatite in cranioplasty. Int. J. Mol. Sci., 2022, vol. 23, no. 10, art. 5434. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms23105434

[10] Sobczyk-Guzenda A., Boniecka P., Laska-Lesniewicz A., et al. Micro- and nanoparticulate hydroxyapatite powders as fillers in polyacrylate bone cement --- a comparative study. Materials, 2020, vol. 13, iss. 12, art. 2736. DOI: https://doi.org/10.3390/ma13122736

[11] Suba Sri M., Usha R. An insightful overview on osteogenic potential of nano hydroxyapatite for bone regeneration. Cell Tissue Bank., 2025, vol. 26, no. 2, art. 13. DOI: https://doi.org/10.1007/s10561-025-10163-6

[12] Demirkiran B.B., Inan Z.D.S., Hamutoglu R., et al. Boron-doped nano hydroxyapatite grafts for bone regeneration in rat mandibular defects. Biol. Trace Elem. Res., 2025, vol. 203, no. 8, pp. 4139--4152. DOI: https://doi.org/10.1007/s12011-024-04462-4

[13] Uysal I., Yilmaz B., Evis Z. Zn-doped hydroxyapatite in biomedical applications. J. Aust. Ceram. Soc., 2021, vol. 57, no. 3, pp. 869--897. DOI: https://doi.org/10.1007/s41779-021-00583-4

[14] Oliveira A.G., Gibin M.S., Garcia F.P., et al. Synthesis and characterization of Zn-modified hydroxyapatite photoactive composites from eggshell residues for bone regeneration. J. Photochem. Photobiol. a Chem., 2024, vol. 449, art. 115432. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2023.115432

[15] Biernat M., Pagacz J., Piszko P., et al. Impact of Zn-modified hydroxyapatite whiskers on physicochemical and biological properties of Poly(ε-Caprolactone) composites intended for implantable medical devices. J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater., 2025, vol. 113, no. 5, art. e35586. DOI: https://doi.org/10.1002/jbm.b.35586

[16] Yu W., Sun T.W., Qi C., et al. Evaluation of zinc-doped mesoporous hydroxyapatite microspheres for the construction of a novel biomimetic scaffold optimized for bone augmentation. Int. J. Nanomed., 2017, vol. 12, pp. 2293--2306. DOI: https://doi.org/10.2147/IJN.S126505

[17] Wang H., Zhao S., Xiao W., et al. Three-dimensional zinc incorporated borosilicate bioactive glass scaffolds for rodent critical-sized calvarial defects repair and regeneration. Colloids Surf. B. Biointerfaces, 2015, vol. 130, pp. 149--156. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2015.03.053

[18] Luo X., Barbieri D., Davison N., et al. Zinc in calcium phosphate mediates bone induction: in vitro and in vivo model. Acta Biomater., 2014, vol. 10, no. 1, pp. 477--485. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2013.10.011

[19] Panda S., Sinha A., Das M. ZnO incorporated fluorapatite based nanocomposite: synthesis, mechanical and bioactivity study. Mater. Lett., 2025, vol. 383, art. 138020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2025.138020

[20] Qiao Y., Zhang W., Tian P., et al. Stimulation of bone growth following zinc incorporation into biomaterials. Biomaterials, 2014, vol. 35, no. 25, pp. 6882--6897.DOI: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2014.04.101

[21] Wang Y.W., Cao A., Jiang Y., et al. Superior antibacterial activity of zinc oxide/graphene oxide composites originating from high zinc concentration localized around bacteria. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, vol. 6, pp. 2791--2798. DOI: https://doi.org/10.1021/am4053317

[22] Полякова А.А., Медведев Д.С., Козлов К.Л. и др. Сигнальные молекулы как биомаркеры прогнозирования приживаемости имплантов у людей разного возраста. Успехи геронтологии, 2022, vol. 35, no. 4, pp. 466--471. DOI: https://doi.org/10.34922/AE.2022.35.4.002

[23] Gigilev A.S., Korotchenko N.M., Lariushina A.V., et al. Microwave synthesis and study of physicochemical properties of hydroxyapatite modified with silver and zinc ions. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2019, vol. 597, art. 012004. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/597/1/012004

[24] Kokubo T., Takadama H. How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity? Biomaterials, 2006, vol. 27, no. 15, pp. 2907--2915. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2006.01.017

[25] Баринов С.М., Комлев В.С. Биокерамика на основе фосфатов кальция. М., Наука, 2005.

[26] Wang J., Gong X., Hai J., et al. Synthesis of silver-hydroxyapatite composite with improved antibacterial properties. Vacuum, 2018, vol. 152, pp. 132--137. DOI: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2018.03.015

[27] Khan F., Tanaka M. Designing smart biomaterials for tissue engineering. Int. J. Mol. Sci., 2018, vol. 19, no. 1, art. 17. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms19010017