Стабилизация аморфного фосфата кальция в структуре гидроксиапатита при жидкофазном синтезе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Жидкофазным синтезом при pH 11 получен аморфизированный гидроксиапатит со стабилизированными включениями аморфного фосфата кальция. Надежными признаками присутствия аморфного фосфата кальция в структуре гидроксиапатита являются: 1) рефлексы α -трикальцийфосфата на дифрактограммах после 800°C; 2) выраженный экзоэффект кристаллизации аморфной фазы при 600-850°С на термограммах. Кристаллизация аморфного фосфата кальция в α -трикальцийфосфат ингибирована влиянием межкластерной воды (0,5 молекул/кластер). В условиях жидкофазного синтеза, ключевым фактором стабилизации до 16% аморфных включений является высокое пересыщение реакционной среды, обеспечиваемое скоростью смешивания растворов реагентов ~10-1 моль/с. Высокое пересыщение реакционной среды способствует формированию оболочки гидроксиапатита вокруг ядра аморфного фосфата кальция. Оболочка гидроксиапатита обуславливает устойчивость аморфной фазы к взаимодействию с ионами маточного раствора на протяжении 30 сут и затрудняет аллотропный переход ( α → β )-трикальцийфосфат при 800°C.

Об авторах

Илья Евгеньевич Глазов

Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси

Email: che.glazov@mail.ru
к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории фотохимии и электрохимии

Валентина Константиновна Крутько

Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси

к.х.н., доцент, заведующий лабораторией фотохимии и электрохимии

Ольга Николаевна Мусская

Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси

к.х.н., доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории фотохимии и электрохимии

Анатолий Иосифович Кулак

Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси

академик НАН Беларуси, д.х.н., профессор, директор ГНУ «Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси»

Список литературы

  1. Schilling, A.F. Resorbability of bone substitute biomaterials by human osteoclasts / A.F. Schilling, W. Linhart, S. Filke et al. // Biomaterials. - 2004. - V. 25. - I. 18. - P. 3963-3972. doi: 10.1016/j.biomaterials.2003.10.079.
  2. Dorozhkin, S.V. Calcium orthophosphates (CaPO4): occurrence and properties / S.V. Dorozhkin // Progress in Biomaterials. - 2016. - V. 5. - I. 1. - P. 9-70. doi: 10.1007/s40204-015-0045-z.
  3. Kickelbick, G. Hybrid materials-past, present and future / G. Kickelbick // Hybrid Materials. - 2014. - V. 1. - I. 1. - P. 39-51. doi: 10.34657/541.
  4. LeGeros, R.Z. Biphasic calcium phosphate bioceramics: preparation, properties and applications / R.Z. LeGeros, S. Lin, R. Rohanizadeh, D. Mijares et al. // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. - 2003. - V. 14. - I. 3. - P. 201-209. doi: 10.1023/A:1022872421333.
  5. Li, Y. Novel highly biodegradable biphasic tricalcium phosphates composed of α-tricalcium phosphate and β-tricalcium phosphate / Y. Li, W. Weng, K.C. Tam // Acta Biomaterialia. - 2007. - V. 3. - I. 2. - P. 251-254. doi: 10.1016/j.actbio.2006.07.003.
  6. Yang, X. Synthesis of biphasic ceramics of hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate with controlled phase content and porosity / X. Yang, Z. Wang // Journal of Materials Chemistry, - 1998. - V. 8. - I. 10. - P. 2233-2237. doi: 10.1039/A802067A.
  7. Dorozhkin, S.V. Multiphasic calcium orthophosphate (CaPO4) bioceramics and their biomedical applications / S.V. Dorozhkin // Ceramics International. - 2016. - V. 42. - I. 6. - P. 6529-6554. doi: 10.1016/j.ceramint.2016.01.062.
  8. Глазов, И.Е. Апатитные фосфаты кальция: жидкофазное формирование, термические превращения, терминология и идентификация / И.Е. Глазов, В.К. Крутько, О.Н. Мусская, А.И. Кулак // Журнал неорганической химии. - 2022. - Т. 67. - № 2. - С. 193-202. doi: 10.31857/S0044457X22020040.
  9. Glazov, I.E. Formation of hydroxyapatite-based hybrid materials in the presence of platelet-poor plasma additive / I.E. Glazov, V.K. Krut'ko, T.V. Safronova et al. // Biomimetics. - 2023. - V. 8. - I. 3. - Art. № 297. -12 p. doi: 10.3390/biomimetics8030297.
  10. Doebelin, N. Profex: a graphical user interface for the Rietveld refinement program BGMN / N. Doebelin, R. Kleeberg // Journal of Applied Crystallography. - 2015. - V. 48. - I. 5. - P. 1573-1580. doi: 10.1107/S1600576715014685.
  11. Combes, C. Amorphous calcium phosphates: synthesis, properties and uses in biomaterials / C.Combes, C.C. Rey // Acta Biomaterialia. - 2010. - V. 6. - I. 9. - P. 3362-3378. doi: 10.1016/j.actbio.2010.02.017.
  12. Hurle, K. Calorimetry investigations of milled α-tricalcium phosphate powders to determine the formation enthalpies of α-TCP and X-ray amorphous tricalcium phosphate / K. Hurle, J. Neubauer, M. Bohner et al. // Acta Biomaterialia. - 2015. - V. 23. - P. 338-346. doi: 10.1016/j.actbio.2015.05.026.
  13. Martin, R.I. Aqueous formation of hydroxyapatite / R.I. Martin, P.W. Brown // Journal of Biomedical Materials Research - 1997. - V. 35. - I. 3. - P. 299-308. doi: 10.1002/(SICI)1097-4636(19970605)35:3<299::AID-JBM4>3.0.CO;2-C.
  14. Montes-Hernandez, G. Nucleation of brushite and hydroxyapatite from amorphous calcium phosphate phases revealed by dynamic in situ Raman spectroscopy / G. Montes-Hernandez, F. Renard // Journal of Physical Chemistry C. - 2020. - V. 124. - I. 28. - P. 15302-15311. doi: 10.1021/acs.jpcc.0c04028.
  15. Huang, Y. Phase transition from α-TCP into β-TCP in TCP/HA composites / Y. Huang, W. Huang, L. Sun et al. // International Journal of Applied Ceramic Technology - 2010. - V. 7. - I. 2. - P. 184-188. doi: 10.1111/j.1744-7402.2009.02384.x.
  16. Vani, R. Hydrothermal synthesis of porous triphasic hydroxyapatite/(α and β) tricalcium phosphate / R. Vani, E.K. Girija, K. Elayaraja et al. // Journal of Materials Science: Materials in Medicine - 2009. - V. 20. - P. 43-48. doi: 10.1007/s10856-008-3480-8.
  17. Maggioni, G.M. Modelling the stochastic behaviour of primary nucleation / G.M. Maggioni, M. Mazzotti // Faraday Discussions. - 2015. - V. 179. - P. 359-382. doi: 10.1039/C4FD00255E.
  18. Zhang, H. Characterization and thermal behavior of calcium deficient hydroxyapatite whiskers with various Ca/P ratios / H. Zhang, M. Zhang // Materials Chemistry Physics - 2011. - V. 126. - I. 3. - P. 642-648. doi: 10.1016/j.matchemphys.2010.12.067.
  19. Gross, K.A. Thermal analysis of amorphous phases in hydroxyapatite coatings / K.A. Gross, V. Gross, C.C. Berndt // Journal of American Ceramic Society. - 1998. - V. 81. - I. 1. - P. 106-112. doi: 10.1111/j.1151-2916.1998.tb02301.x.
  20. Locardi, B. Thermal behaviour of hydroxyapatite intended for medical applications / B. Locardi, U.E. Pazzaglia, C. Gabbi et al. // Biomaterials. - 1993. - V. 14. - I. 6. - P. 437-441. doi: 10.1016/0142-9612(93)90146-S.
  21. Destainville, A. Synthesis, characterization and thermal behavior of apatitic tricalcium phosphate / A. Destainville, E. Champion, D. Bernache-Assollant et al. // Materials Chemistry and Physics. - 2003. - V. 80. - I. 1. - P. 269-277. doi: 10.1016/S0254-0584(02)00466-2.
  22. Addai-Mensah, J. Aggregation behaviour of gibbsite crystals in supersaturated sodium and potassium aluminate liquors /j. Addai-Mensah, J. Li, C.A. Prestidge // Developments in Chemical Engineering and Mineral Processing. - 2002. - V. 10. - I. 5-6. - P. 539-551. doi: 10.1002/apj.5500100607.
  23. Jiang, S. Effect of the aggregation state of amorphous calcium phosphate on hydroxyapatite nucleation kinetics / S. Jiang, W. Jin, Y.N. Wang et al. // RSC Advances. - 2017. - V. 7. - I. 41. - P. 25497-25503. doi: 10.1039/C7RA02208E.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).