CИНТЕЗ И СВОЙСТВА БИОАКТИВНЫХ СФЕРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СИСТЕМЫ TiO2–SiO2/СаO/МgO

  • Lyudmila P. Borilo Национальный исследовательский Томский государственный университет https://orcid.org/0000-0001-8493-4537
  • Ekaterina S. Liutova Национальный исследовательский Томский государственный университет
Ключевые слова: сферический материал, композиционный материал, золь-гель синтез, кальций-фосфатный материал

Аннотация

Биоактивные сферические материалы получены на основе катионита Токем-200. Каркас биоматериала представлен TiO2–SiO2, а внутренняя часть заполнена Са2+ или Mg2+. Токем-200 – это слабокислотный пористый катионит на основе акрил-дивинилбензола с размером зерна 0,315-1,600 мм. Карбоксильный катионит Токем-200 обладает высокой избирательностью к ионам Cа2+, Mg2+, что делает его перспективным для создания биоматериалов, так как ионы кальция (магния) являются одними из строительных материалов костной ткани. Cинтез биоактивных сферических материалов для системы TiO2–SiO2/СаO/MgO состоит из четырех этапов. Первый этап: золь-гель методом из спиртовых растворов на основе тетраэтоксисилана и тетрабутоксититана (в качестве катализатора использовали ортофосфорную кислоту) синтезированы агрегативно-стабильные золи. Созревание золей происходит в течение 3 сут. Второй этап: погружение катионита Токем-200 в раствор соли кальция (магния) для насыщения (образцы Токем-200 с Са2+/Mg2+). Третий этап: после предварительной сушки образцов Токем-200 с Са2+/Mg2+ погружение в агрегативно-стабильный золь. Четвертый этап: температурная обработка полученных образцов. Для получения однородного материала установлены условия термообработки (сушка при 60 ºС): отжиг при 150, 250, 350 ºС в течение 30 мин каждый и при 600 ºС в течение 6 ч. После ступенчатой термообработки каркас равномерно закреплен на катионите без трещин и расколов на своей поверхности, что благоприятно для практического применения. Установлено, что при соотношении образцов Токем-200 с Са2+ и нанесенным золем и Токем-200 с Mg2+ и нанесенным золем 1:1 на поверхности формируются высокопористые рыхлые частицы. Добавка ионов магния увеличивает биоактивность полученных материалов.

Для цитирования:

Борило Л.П., Лютова Е.С. Cинтез и свойства биоактивных сферических материалов для системы TiO2–SiO2/СаO/МgO. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 1. С. 65-72. DOI: 10.6060/ivkkt.20236601.6688.

Биография автора

Lyudmila P. Borilo, Национальный исследовательский Томский государственный университет

Faculty of Chemistry, Cand.Tech.Sci. 

Литература

Kalantari E., Naghib S.M., Naimi-Jamal M., Mozafari M. Green solvent-based solgel synthesis of monticellite nanoparticles: a rapid and efficient approach. J. Sol-Gel Sci. Technol. 2017. V. 84 Р. 87–93. DOI: 10.1007/s10971-017-4461-5.

Chambard M., Marsan O., Charvillat C. Effect of the deposition route on the microstructure of plasma-sprayed hydroxyapatite coatings. Surf. Coat. Technol. 2019. V. 371. Р. 68–77. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2019.01.027.

Harun W., Asri R., Alias J. A comprehensive review of hydroxyapatite-based coatings adhesion on metallic bio-materials. Ceram. Internat. 2018. V. 44. P. 1250–1268. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.10.162.

Barba A., Diez-Escudero A., Maazouz Y. Osteoinduction by foamed and 3d-printed calcium phosphate scaffolds: effect of nanostructure and pore architecture. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. V. 9. Р. 41722 – 41736. DOI: 10.1021/acsami.7b14175.

Jmal N., Bouaziz J. Synthesis, characterization and bioactivity of a calcium-phosphate glass-ceramics obtained by the solgel processing method. Mater. Sci. Eng. 2017. V. 71. P. 279–288. DOI: 10.1016/j.msec.2016.09.058.

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

Zaroog O.S., Satgunam M.A., Wei L.C. Biomaterials for Bone Tissue Engineering: Properties and Applications. Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Cambridge: Elsevier. 2019. Р. 14. DOI: 10.1016/B978-0-12-803581-8.11394-3.

Popa A.C., Husanu M.A., Mercioniu I., Santos L.F. Fer-nandes H.R., Ferreira J.M.F. Bioglass implant-coating in-teractions in synthetic physiological fluids with varying degrees of biomimicry. Int. J. Nanomed. 2017. V. 12. P. 683–707. DOI: 10.2147/IJN.S123236.

Bellucci D., Salvatori R., Anesi A., Chiarini L., Cannillo V. SBF assays, direct and indirect cell culture tests to evaluate the biological performance of bioglasses and bioglass-based composite. Three paradigmatic cases. Mater. Sci. Eng.: C. 2019. Р. 757–764. DOI: 10.1016/j.msec.2018.12.006.

Tilkin R.G., Mahy J.G., Régibeau N. Optimization of synthesis parameters for the production of biphasic calci-um phosphate ceramics via wet precipitation and solgel process. Chem. Select. 2019. N 4. Р. 6634–6641. DOI: 10.1002/slct.201901175.

Phatai P., Futalan C., Kamonwannasit S., Khemthong P. Structural characterization and antibacterial activity of hydroxyapatite synthesized via sol-gel method using gluti-nous rice as a template. J. Sol-Gel Sci. Technol. 2019. V. 89. Р. 764–775. DOI: 10.1007/s10971-018-4910-9.

Dikici B., Niinomi M., Topuz M., Koc S., Nakai M. Syn-thesis of biphasic calcium phosphate (BCP) coatings on β‒type titanium alloys reinforced with rutile-TiO2 compounds: adhesion resistance and in-vitro corrosion. J. Sol-Gel Sci. Technol. 2018. V. 87(3). P. 713–724. DOI: 10.1007/s10971-018-4755-2.

Esmaeilkhanian A., Sharifianjazi F., Abouchenari A., Rouhani A. Synthesis and characterization of natural nano-hydroxyapatite derived from turkey femur-bone waste. Biotechnol. Appl. Biochem. 2019. V. 189. Р. 919–932. DOI: 10.1007/s12010-019-03046-6.

Chambard M., Marsan O., Charvillat C., Grossin D., Fort P., Rey C., Gitzhofer F., Bertrand G. Effect of the deposition route on the microstructure of plasma-sprayed hydroxyapatite coatings. Surf. Coat. Technol. 2019. N 371. P. 68–77. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2019.01.027.

Horta M., Aguilar M., Moura F., Campos J., Ramos V., Quizunda A. Synthesis and characterization of green na-nohydroxyapatite from hen eggshell by precipitation method. Mater. Today: Proc. 2019. N 14. P. 716–721. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.02.011.

Oliveira W.F., Arruda I.R.S., Silva G.M.M. Functionalization of titanium dioxide nanotubes with biomolecules for biomedical. Applications. Mater. Sci. Eng. 2017. V. 597. Р. 81-86. DOI: 10.1016/j.msec.2017.08.017.

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

Dezfuli S. N., Huan Z., Mol A., Leeflang S. Advanced bredigite-containing magnesium-matrix composites for bi-odegradable bone implant applications. Mater Sci. Eng. 2017. V. 647. P. 79. DOI: 10.1016/j.msec.2017.05.021.

Mezahi F.Z., Lucas- Girot A., Oudadesse H., Harabi A. Reactivity features of original solgel-derived 52S4 glass versus heat treatment temperature. J. Austral. Ceram. Soc. 2018. V. 54. P. 609–619. DOI: 10.1007/s41779-018-0189-0.

Kozik V.V., Borilo L.P., Lyutova E.S. Preparation of CaO@TiO2−SiO2 biomaterial with a solgel method for bone implantation. ACS Omega. 2020. V. 5(42). P. 27221–27226. DOI: 10.1021/acsomega.0c03335.

Batueva T.D., Scherban M.G., Bryukhanova M.V., Kondrashova N.B., Chekanova L.G. Sorption ability of modified mesoporous materials towards vanadium ions. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 3. P. 35-42. DOI: 10.6060/ivkkt.20226503.6469.

Borilo L.P., Kozik V.V., Lyutova E.S. Sol-gel production and properties of spherical biomaterials for the system TiO2–SiO2/CaO. Glass Ceramics. 2019. V. 76. N 7 – 8. P. 315–320. DOI: 10.1007/s10717-019-00191-6.

Resmim C.M., Dalpasquale M., Vielmo N.I., Mariani F.Q., Villalba J.C., Anaissi F.J., Caetano M.M., Tusi M.M. Study of physicochemical properties and in vitro antimicrobial activity of hydroxyapatites obtained from bone calcination. Progr. Biomater. 2019. N 8. P. 1–9. DOI: 10.1007/s40204-018-0105-2.

Shi P., Wang Q., Yu C., Fan F., Liu M., Tu M., Lu W., Du M. Hydroxyapatite nanorod and microsphere func-tionalized with bioactive lactoferrin as a new biomaterial for enhancement bone regeneration. Colloids Surf B Biointerfaces. 2017. V. 155. P. 477–486. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2017.04.042.

Borilo L.P., Lyutova E.S., Kozik V.V. Synthesis and properties of TiO2-SiO2/CaO biomaterials with spherical particles based on Tokem-200 cation exchanger. Zhurn. Prikl. Khim. 2022. V. 95. N 1. P. 26-31 (in Russian). DOI: 10.31857/S0044461822010029.

Опубликован
2022-11-19
Как цитировать
Borilo, L. P., & Liutova, E. S. (2022). CИНТЕЗ И СВОЙСТВА БИОАКТИВНЫХ СФЕРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СИСТЕМЫ TiO2–SiO2/СаO/МgO. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 66(1), 65-72. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20236601.6688
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы