Development of a material based on hydroxyapatite and aluminosilicate zeolites with a binding agent for the formation of bioactive coatings

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

The hardened composite material with a porous structure was obtained by mechanochemical synthesis of nanostructured hydroxyapatite synthesized by precipitation from an aqueous solution with reinforcing additives of zirconium dioxide and silicic acid. Food gelatin is used as a binder. The influence of the phase composition on physico-chemical properties of coatings (adhesive strength, microhardness, specific surface area, microstructure) is estimated. It has been established that the use of composite material together with gelatin as a part of a bioactive coating makes it possible to increase its hardness and adhesive strength. A patent application has been filed for the developed bioactive coatings based on nanoscale hydroxyapatite and biogenic elements with a binding agent. The composition of the dry mixture based on hydroxyapatite has been developed, which ensures a long shelf life without negative consequences and creates simple transportation conditions. Dilution of the dry mixture with distilled water gives a suspension that is convenient to use for coating implants of any configuration.

Авторлар туралы

Vladimir Skachkov

Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of RAS

Email: skachkov@ihim.uran.ru
Ph. D., Senior Researcher, Laboratory of Heterogeneous Processes

Ekaterina Bogdanova

Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of RAS; Giredmet

Ph. D., Senior Researcher, Laboratory of heterogeneous processes chemistry, Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of RAS; Leading Researcher, Laboratory of electrochemical devices for hydrogen energy, JSC Giredmet

Svetlana Bibanaeva

Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of RAS

Researcher, Laboratory of Heterogeneous Processes

Alla Shirokova

Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of RAS

Ph. D., Senior Researcher, Laboratory of Heterogeneous Processes

Әдебиет тізімі

  1. Sadeghzade, S. Recent advances on bioactive baghdadite ceramic for bone tissue engineering applications:years of research and innovation (a review) / S. Sadeghzade, J. Liu, H. Wang et al. // Materials Today Bio. - 2022. - V. 17. - Art. № 100473. - 27 p. doi: 10.1016/j.mtbio.2022.100473.
  2. Zhao, R. Osteoporotic bone recovery by a bamboo-structured bioceramic with controlled release of hydroxyapatite nanoparticles / R. Zhao, T. Shang, B. Yuan et al. // Bioactive Materials. - 2022. - V. 17. - P. 379-393. doi: 10.1016/j.bioactmat.2022.01.007.
  3. Богданова, Е.А. Получение биокомозитов на основе наноразмерного гидроксиапатита с оксидами циркония и кремния / Е.А. Богданова, В.М. Скачков, К.В. Нефедова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2021. - Вып. 13. - С. 655-663. doi: 10.26456/pcascnn/2021.13.655.
  4. Богданова, Е.А. Получение биокомозитов на основе наноразмерного гидроксиапатита с соединениями титана / Е.А. Богданова, В.М. Скачков, К.В. Нефедова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - Вып. 14. - С. 521-530. doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.521.
  5. Гиниятуллин, И.М. Разработка композиционных материалов на основе наноразмерного гидроксиапатита, упрочненного оксидами алюминия и циркония / И.М. Гиниятуллин, Е.А. Богданова, К.В. Нефедова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2020. - Вып. 12. - С. 571-579. doi: 10.26456/pcascnn/2020.12.571.
  6. Переверзев, Д.И. Получение биокомпозитов на основе наноразмерного гидроксиапатита, допированного оксидом циркония и фторидом кальция / Д.И. Переверзев, Е.А. Богданова, К.В. Нефедова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2020. - Вып. 12. - С. 697-705. doi: 10.26456/pcascnn/2020.12.697.
  7. Богданова, Е.А. Влияние армирующих добавок на процессы спекания и упрочнения наноразмерного гидроксиапатита / Е.А. Богданова, И.М. Гиниятуллин, Д.И. Переверзев, В.М. Разгуляева // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2019. - Вып. 11. - С. 548-554. doi: 10.26456/pcascnn/2019.11.548.
  8. Panda, S. A comprehensive review on the preparation and application of calcium hydroxyapatite: A special focus on atomic doping methods for bone tissue engineering / S. Panda, C.K. Biswas, S. Paul // Chemistry of Materials. - 2021. - V. 47. - I. 20. - P. 28122-28144. doi: 10.1016/j.ceramint.2021.07.100.
  9. Borcherding, K. The rationale behind implant coatings to promote osteointegration, bone healing or regeneration / K. Borcherding, G. Schmidmaier, G.O. Hofmann, B. Wildemann // Injury. - 2021. - V. 52. - Suppl. 2. - P. S106-111. doi: 10.1016/j.injury.2020.11.050.
  10. Chen, K. Fretting stimulation enhances bone growth at the interface between hydroxyapatite coating and bone / K. Chen, Y. Zhao, Y. Zhang et al. // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. - 2022. - V. 217. - Art. № 112669. - 10 p. doi: 10.1016/j.colsurfb.2022.112669.
  11. Qiu, X. Preliminary research on a novel bioactive silicon doped calcium phosphate coating on AZ31 magnesium alloy via electrodeposition / X. Qiu, P. Wan, L. Tan, X. Fan, K.Yang // Materials Science and Engineering: C. - 2014. - V. 36. - P. 65-76. doi: 10.1016/j.msec.2013.11.041.
  12. Мамаева, А.А. Исследование влияния термообработки на покрытие гидроксиапатита / А.А. Мамаева, А.К. Кенжегулов, А.В. Паничкин // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2018. - Т. 54. - Вып. 3. - С. 287-292. doi: 10.7868/S0044185618030105.
  13. Dobrovol'skaya, I.P. Effect of thermal treatment on the structure and properties of hydroxyapatite / I.P. Dobrovol'skaya, N.S. Tsarev, E.M. Ivan'kova et al. // Russian Journal of Applied Chemistry. - 2018. - V. 91. - I. 3. - P. 368-374. doi: 10.1134/S1070427218030035.
  14. Jin, H.H. In-situ formation of the hydroxyapatite/chitosan-alginate composite scaffolds / H.H. Jin, C.H. Lee, W.K. Lee et al. // Materials Letters. - 2008. - V. 62. - I. 10-11. - P. 1630-1633. doi: 10.1016/j.matlet.2007.09.043.
  15. Neumann, M.Composites of calcium phosphate and polymers as bone substitution materials / M. Neumann, M. Epple // European Journal of Trauma. - 2006. - V. 32. - I. 2. - P. 125-131. doi: 10.1007/s00068-006-6044-y.
  16. Vlierberghe, S.V. Biopolymer-based hydrogels as scaffolds for tissue engineering applications: a review / S.V. Vlierberghe, P. Dubruel, E. Schacht // Biomacromolecules. - 2011. - V. 12. - I. 5. - P. 1387-1408. doi: 10.1021/bm200083n.
  17. Sarker, A. Fabrication of recombinant human bone morphogenetic protein-2 coated porous biphasic calcium phosphate-sodium carboxymethylcellulose-gelatin scaffold and its In vitro evaluation / A. Sarker, N.T.B. Linh, H. Il Jung, H.S. Seo, B.T. Lee // Macromolecular Research. - 2014. - V. 22. - I. 12. - P. 1297-1305. doi: 10.1007/s13233-014-2185-8.
  18. Tsuruga, E. Pore size of porous hydroxyapatite as the cell-substratum controls BMP-induced osteogenesis / E. Tsuruga, H. Takita, H. Itoh, Y. Wakisaka, Y. Kuboki // The Journal of Biochemistry. - 1997. - V. 121. - I. 2. - P. 317-324. doi: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a021589.
  19. Eggli, P.S. Porous hydroxyapatite and tricalcium phosphate cylinders with two different pore size ranges implanted in the cancellous bone of rabbits: a comparative histomorphometric and histologic study of bony ingrowth and implant substitution / P.S. Eggli, W. Moller, R.K. Schenk // Clinical Orthopaedics and Related Research. - 1988. - V. 232. - P. 127-138. doi: 10.1097/00003086-198807000-00017.
  20. Daculsi, G. Effect of the macroporosity for osseous substitution of calcium phosphate ceramics / G. Daculsi, N. Passuti // Biomaterials. - 1990. - V. 11. - P. 86-87.
  21. Lu, J.X. Role of interconnections in porous bioceramics on bone recolonization in vitro and in vivo /j.X. Lu, B. Flautre, K. Anselme, P. Hardouin // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. - 1999. - V. 10. - I. 2. - P. 111-120. doi: 10.1023/A:1008973120918.
  22. Bogdanova, E.A. Formation of nanodimensional structures in precipitated hydroxyapatite by fluorine substitution / E.A. Bogdanova, V.М. Skachkov, I.S. Medyankina et al. // SN Applied Sciences. - 2020. - V. 2. - I. 9. - Art. № 1565. - 7 p. doi: 10.1007/s42452-020-03388-5.
  23. Пат. 2406693 Российская Федерация, МПК C01B25/32. Способ получения суспензии гидроксиапатита / Сабирзянов Н.А., Богданова Е.А., Хонина Т.Г.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела УрО РАН. - № 2008140563/15; заявл. 13.10.08; опубл. 20.12.10, Бюл. № 35. - 5 с.
  24. Пат. 2652193 Российская Федерация, МПК C01B25/32. Способ получения суспензии апатита / Богданова Е.А., Сабирзянов Н.А., Скачков В.М.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела УрО РАН. - № 2017113484; заявл. 19.04.17; опубл. 25.04.18, Бюл. № 12. - 5 с.
  25. Бибанаева, С.А. Синтез алюмосиликатных цеолитов в условиях глиноземного производства / С.А. Бибанаева // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - Вып. 14. - С. 747-753. doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.747.
  26. Пат. 2787819 Российская Федерация, МПК B01J 29/06, B01J 37/10, B01J 20/18, C01B 39/02. Способ получения синтетического цеолита / Бибанаева С.А., Скачков В.М.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела УрО РАН. - № 2022113352; заявл. 19.05.22; опубл. 12.01.23, Бюл. № 2. - 9 с.
  27. Бибанаева, С.А. Синтез и исследование функциональных характеристик композиционных материалов на основе наноразмерного гидроксиапатита и синтетических цеолитов / С.А. Бибанаева, Е.А. Богданова, В.М. Скачков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2023. - Вып. 15. - С. 913-923. doi: 10.26456/pcascnn/2023.15.913.
  28. Желатин. Технические условия: ГОСТ 11293-89. - Взамен ГОСТ 11293-78, ГОСТ 4821-77, ГОСТ ЭД 1 4821-87, ТУ 10-02-01-21-86; введ. 01.07.1991. - М.: ИПК Изд-во Стандартов, 1989. - 24 с.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

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).