Effect of TiO2 Additions on the Properties of Bioactive Granulated Materials of the TiO2–SiO2–P2O5/СаO(ZnO) System

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Tokem-250 cation exchanger-based granulated materials of the TiO2–SiO2–P2O5/СаO(ZnO) system have been synthesized in solution by a sol–gel process. The scaffold of the material consists of TiO2–SiO2–P2O5 and its interior is filled with CaO (ZnO) (TiO2–SiO2–P2O5/CaO and TiO2–SiO2–P2O5/ZnO samples). The Tokem-250 carboxylic cation exchange resin has high selectivity for Ca2+ and Zn2+ ions, which allows it to be used in biomaterials design because calcium is one of the building blocks of bone tissue and zinc has a direct stimulating effect on the formation of bone tissue and offers antibacterial properties. To obtain Tokem-250 cation exchanger-based granulated composite materials, the total exchange capacity of the Tokem-250 cation exchange resin and its sorption capacity for Ca2+ and Zn2+ have been determined using Trilon titration. We have found heat treatment conditions that ensure a uniform structure of the material: at 150, 250, and 350°C for 30 min at each temperature, followed by annealing at 600°C for 6 h and at 800°C for 1 h. The addition of zinc oxide has an advantageous effect on the ability of the material to form a calcium phosphate layer on its surface, and the samples thus prepared can be used for further investigation.

About the authors

L. P. Borilo

National Research Tomsk State University, 634050, Tomsk, Russia

Email: tk_valeria@bk.ru
Россия, 634050, Томск, пр. Ленина, 36

E. S. Lyutova

National Research Tomsk State University, 634050, Tomsk, Russia

Email: tk_valeria@bk.ru
Россия, 634050, Томск, пр. Ленина, 36

V. A. Tkachuk

National Research Tomsk State University, 634050, Tomsk, Russia

Author for correspondence.
Email: tk_valeria@bk.ru
Россия, 634050, Томск, пр. Ленина, 36

References

  1. Kim T., See C.W., Li X., Zhu D. Orthopedic Implants and Devices for Bone Fractures and Defects: Past, Present and Perspective // Eng. Regener. 2022. V. 1. P. 6–18. https://doi.org/10.1016/j.engreg.2020.05.003
  2. Hart N.H., Nimphius S., Rantalainen T., Ireland A., Siafarikas A., Newton R.U. Mechanical Basis of Bone Strength: Influence of Bone Material, Bone Structure and Muscle Action // J. Musculoskeletal Neuronal Interact. 2017. V. 17. № 3. P. 114–139. PubMed ID: 28860414
  3. Borilo L.P., Lyutova E.S., Spivakova L.N. Study of Biological Properties of Thin-Film Materials on the Basis of the SiO2–P2O5–CaO System. // Key Eng. Mater. 2016. V. 683. P. 427–432. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.683.427
  4. Kaur M., Singh K. Review on Titanium and Titanium Based Alloys as Biomaterials for Orthopaedic Applications // Mater. Sci. Eng. 2019. P. 844–862. https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.04.064
  5. Jeong J., Kim J.H., Shim J.H., Hwang N.S., Heo C.Y. Bioactive Calcium Phosphate Materials and Application in Bone Regeneration // J. Biomed. Res. 2019. V. 23. № 1. P. 1–11. https://doi.org/10.1186/s40824-018-0149-3
  6. Wajda A., Goldmann W.H., Detsch R., Boccaccini A.R., Sitarz M. 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. V. 511. № 1. P. 86–99. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2018.12.040
  7. Yilmaz E., Soylak M. Functionalized Nanomaterials for Sample Preparation Methods // Handbook of Nanomaterials in Analytical Chemistry. 2020. P. 375–413. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816699-4.00015-3
  8. Борило Л.П., Козик В.В., Лютова Е.С., Жаркова В.В., Бричков А.С. 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.
  9. Ibadat N.F., Ongkudon C.M., Saallah S., Misson M. Synthesis and Characterization of Polymeric Microspheres Template for a Homogeneous and Porous Monolith // Polymers. 2021. V. 13. № 21. P. 3639. https://doi.org/10.3390/polym13213639
  10. Yang X.T., Gao Y.B., Zhao Z.Z., Tian Y., Kong X.G., Lei X.D., Zhang F.Z. Three-Dimensional Spherical Composite of Layered Double Hydroxides/carbon Nanotube for Ethanol Electrocatalysis // Appl. Clay Sci. 2021. V. 202. https://doi.org/10.1016/j.clay.2020.105964
  11. Li X., Wang M., Deng Y., Xiao Y., Zhang X. Fabrication and Properties of Ca-P Bioceramic Spherical Granules With Interconnected Porous Structure // ACS Biomater. Sci. Eng. 2017. V. 3. N 8. P. 1557–1566. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.7b00232
  12. Bjornoy S.H., Bassett D.C., Ucar S., Andreassen J.-P., Sikorski P.A. A Correlative Spatiotemporal Microscale Study of Calcium Phosphate Formation and Transformation within an Alginate Hydrogel Matrix // Acta Biomater. 2016. № 44. P. 254–266. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2016.08.041
  13. Kolmas J., Groszyk E., Kwiatkowska-Rózycka D. Substituted Hydroxyapatites with Antibacterial Properties // Biomed. Res. Int. 2014. https://doi.org/10.1155/2014/178123
  14. Kokubo T., Kushitani H., Sakka S. Solutions Able to Reproduce in vivo Surface – Structure Changes in Bioactive Glass – Ceramic // Biomaterials. 1990. V. 24. P. 721–734. https://doi.org/10.1002/jbm.820240607
  15. Rasskazova L.A., Zhuk I.V., Korotchenko N.M., Brichkov A.S., Chen Y.-W., Paukshtis E.A., Kozik V.V. Synthesis of Magnesium- and Silicon-modified Hydroxyapatites by Microwave-Assisted Method // Sci. Rep. 2019. V. 9. № 1. https://doi.org/10.1038/s41598-019-50777-x

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (192KB)
3.

Download (1MB)
4.

Download (64KB)
5.

Download (2MB)

Copyright (c) 2023 Л.П. Борило, Е.С. Лютова, В.А. Ткачук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».