ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИТОВ TiO2-SiO2-P2O5/ZnO, ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ И ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ БИОМАТЕРИАЛА

  • Valeria A. Tkachuk Национальный исследовательский Томский государственный университет
  • Ekaterina S. Lyutova Национальный исследовательский Томский государственный университет
  • Aleksandr A. Buzaev Национальный исследовательский Томский государственный университет
  • Lyudmila P. Borilo Национальный исследовательский Томский государственный университет
  • Larisa N. Spivakova Национальный исследовательский Томский государственный университет
DOI: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20246705.6953
Ключевые слова: композиционный биоматериал, оксид цинка, золь-гель технология, кальций-фосфатный слой

Аннотация

В современной имплантологии перспективными являются композиты на основе различных неорганических и полимерных материалов, которые способны обеспечивать прочное сцепление с тканями, находящимися в контакте с имплантируемым материалом, и стимулировать рост новой ткани на поверхности имплантата. В работе использован в качестве матрицы макропористый катионит Токем-250, обладающий высокой избирательной способностью к ионам Zn2+, что дает возможность использовать его при разработке биоматериалов. Цинк оказывает прямое стимулирующее влияние на образование костной ткани и обладает антибактериальными свойствами. Для катионита Токем-250 на основе акрил-дивинилбензольной матрицы определены значения полной обменной емкости и сорбционной емкости по отношению к иону Zn2+. Полная обменная емкость катионита Токем-250 составляет 10,35 ммоль∙экв/г, сорбционная емкость составляет 73% от полной обменной емкости и равна 7,58 ммоль∙экв/г. Сферические композиты TiO2-SiO2-P2O5/ZnО на основе катионита Токем-250 синтезированы из спиртовых растворов золь-гель-методом. Для получения сферического композита установлены условия  термообработки образцов: сушка при 60 ºС и ступенчатый отжиг при 150, 250, 350 ºС в течение 30 мин на каждой температурной ступени,  при 600 ºС – 6 ч, при 800 ºС – 1 ч. Полученные композиты обладают способностью к осаждению и минерализации кальций-фосфатов на своей поверхности в биологических средах, т.к. имеют однородную структуру с равномерным распределением элементов по поверхности, мезопористую структуру с размером пор от 5 до 12 нм, наличие активных центров (Si4+, Ti4+) на поверхности композитов. Использование поливинилового спирта в качестве связующей добавки не препятствует образованию аппатитоподобного слоя.

Для цитирования:

Ткачук В.А., Лютова Е.С., Бузаев А.А., Борило Л.П., Спивакова Л.Н. Получение композитов TiO2-SiO2-P2O5/ZnO, исследование их свойств и возможностей применения в качестве биоматериала. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 70-76. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6953.

Литература

Turnbull G., Clarke J., Picard F., Riches P., Jia L., Han F. 3D bioactive composite scaffolds for bone tissue engineering. Bioactive Mater. 2018. V. 3. 278–314. DOI: 10.1016/j.bioactmat.2017.10.001.

Zhang L., Yang G., Johnson B.N., Jia X. Three-dimensional (3D) printed scaffold and material selection for bone repair. Acta Biomater. 2019. V. 84. 16–33. DOI: 10.1016/j.actbio. 2018.11.039.

Kohli N., Ho S., Brown S.J., Sawadkar P., Sharma V., Snow M., García-Gareta E. Bone remodelling in vitro: where are we headed: a review on the current understanding of physiological bone remodelling and inflammation and the strategies for testing biomaterials in vitro. Bone. 2018. V. 110. 38–46. DOI: 10.1016/j.bone.2018.01.015.

Raquel M., Vitor M., Joaquim M., Oliveira R. Natural origin materials for bone tissue engineering: properties, processing, and performance. Princ. Regen. Med. 2019. V. 3. 535-558. DOI: 10.1016/B978-0-12-809880-6.00032-1.

Xue N., Ding X., Huang R., Jiang R., Huang H., Pan X., Min W., Chen J., Duan J.A., Liu P., Wang Y. Bone tissue engineering in the treatment of bone defects. Pharmaceuticals. 2022. V. 15. Is. 7. P. 879. DOI: 10.3390/ph15070879.

Bigham A., Foroughi F., Rezvani G.E., Rafienia M., Neisiany R.E., Ramakrishna S. The journey of multifunc-tional bone scaffolds fabricated from traditional toward modern techniques. Bio-Des. Manuf. 2020. V. 3. P. 281–306. DOI: 10.1007/s42242-020-00094-4.

Gerasimova L.G., Shchukina E.S., Maslova M.V. Obtaining the silicon-containing titanium phosphate under heterogeneous synthesis conditions. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 12.

P. 96-104. DOI: 10.6060/ivkkt.20226512.6636.

Owens G.J., Singh R.K., Foroutan F., Alqaysi M., Han C.M., Mahapatra C., Kim H.W., Knowles J.C. Sol–gel based materials for biomedical applications. Progr. Mater. Sci. 2016. V. 77. P. 1–79. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2015.12.001.

Borilo L.P., Lyutova E.S. Synthesis and properties of bioactive spherical materials for the TiO2–SiO2/СаO/МgO system. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 1. P. 65-72. DOI: 10.6060/ivkkt.20236601.6688.

Sarraf M. Ghomi E.R., Alipour S., Ramakrishna S., Su-kiman L.N. A state-of-the-art review of the fabrication and characteristics of titanium and its alloys for biomedical applications. Bio-Des. Manuf. 2022. V. 5. 371–395. DOI: 10.1007/ s42242-021-00170-3.

Viteri D., Fuentes E. Titanium and titanium alloys as bio-materials. Fundam. Adv. 2013. V. 3. 155–181. DOI: 10.5772/ 55860.

Götz W., Tobiasch E., Witzleben S., Schulze M. Effects of silicon compounds on biomineralization, osteogenesis, and hard tissue formation. Pharmaceutics. 2019. V. 11. P. 117. DOI: 10.3390/pharmaceutics11030117.

Gao C., Peng S., Feng P., Shuai C. Bone biomaterials and interactions with stem cells. Bone Res. 2017. V. 5. 17059. DOI: 10.1038/boneres.2017.59.

Hou X., Zhang L., Zhou Z., Luo X., Wang T., Zhao X., Lu B., Chen F., Zheng L. Calcium phosphate-based bio-materials for bone repair. J. Funct. Biomater. 2022. V. 13. 187. DOI: 10.3390/jfb13040187.

Levingstone T.J., Herbaj S., Dunne N.J. Calcium phos-phate nanoparticles for therapeutic applications in bone regen-eration. Nanomaterials. 2019. V. 9. 1570. DOI: 10.3390/nano9111570.

Su Y., Cockerill I., Wang Y., Qin Y-X., Chang L., Zheng Y., Zhu D. Zinc-based biomaterials for regeneration and ther-apy. Trends Biotechnol. 2019. V. 37. P. 428–441. DOI: 10.1016/j.tibtech.2018.10.009.

Tang Z., Niu J., Huang H., Pei J., OU J., Yuan G. Potential biodegradable Zn-Cu binary alloys developed for cardio-vascular implant applications. J. Mech. Behavior Biomed. Ma-ter. 2017. V. 72. P. 182–191. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2017.05.013.

Brady J., Dürig T., Lee P. I., Li J.-X. Polymer properties and characterization. Develop. Solid Oral Dosage Forms. 2017. V. 7. 181–223. DOI: 10.1016/b978-0-12-802447-8.00007-8.

Borilo L.P., Lyutova E.S. Effect of TiO2 content on the synthesis and physicochemicalproperties of thin-film calcium phosphate materials. Inorg. Mater. 2021. V. 57. P. 511‒517. DOI: 10.1134/S0020168521050010.

Wiesmann N., Tremel W., Brieger J. Zinc oxide nanoparticles for therapeutic purposes in cancer medicine. J. Mater. Chem. B. 2020. V. 8. P. 4973‒4989. DOI: 10.1039/d0tb00739k.

Zhang Y., Li X., Zhang Z., Li H., Chen D., Jiao Y., Fan C., Zeng Z., Chang J., Xu Y., Peng B., Yang C., Que Y. Zn2SiO4 Bioceramic attenuates cardiac remodeling after myo-cardial inaction. Adv. Healthcare Mater. 2023. 10. e2203365. DOI: 10.1002/ adhm.202203365.

Ekimova I., Minakova T., Ogneva T. Phisicochemistry of alkaline-earth metals oxides surface. AIP Conf. Proc. 2016. P. 060014-1‒060014-5. DOI:10.1063/1.4937869.

Hench L.L. Bioceramics: From concept to clinic. J. Am. Ceramic Soc. 1991. V. 7. P. 1487–1510. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1991.tb07132.x.

Опубликован
2024-04-04
Как цитировать
Tkachuk, V. A., Lyutova, E. S., Buzaev, A. A., Borilo, L. P., & Spivakova, L. N. (2024). ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИТОВ TiO2-SiO2-P2O5/ZnO, ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ И ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ БИОМАТЕРИАЛА. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 67(5), 70-76. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20246705.6953
Выпуск
Том 67 № 5 (2024)
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы