Morphology of nanocrystalline structures of hydroxyapatite based on fractal analysis

封面

如何引用文章

全文:

详细

Currently, the global demand for orthopedic implants exceeds 6 million units per year and continues to increase. It is known that human bone is a composite material, the inorganic part of which is formed by calcium phosphates, mainly in the form of hydroxyapatite of non-stoichiometric composition. This fact determines the interest in studying the possibility of using hydroxyapatite-based materials for biomedical purposes, which are similar to the chemical composition of the bone and dental tissues and have high biocompatibility. Research in this area is necessary from both the fundamental perspective for expanding the scope of the method, and in view of development of new materials and studying biological fluids in health and pathology. The work shows that the presence of organic and inorganic additives in the synthesis of hydroxyapatite affects the composition and morphology of the crystals of the resulting compound. The results of analysis, presented in the form of diagrams, allow us to judge the inversely proportional relationship between the crystallization time and the value of the morphological dimension of the hydroxyapatite structures, regardless of the nature of the additive. The results obtained confirm the possibility of using morphological analysis to establish the patterns of formation of hydroxyapatite-based materials and to perform an express assessment of their properties (composition, morphology, degree of crystallinity, nature and concentration of impurities).

作者简介

Olga Golovanova

Dostoevsky Omsk State University

Email: golovanoa2000@mail.ru
Dr. Sc., Professor, Head of the Department of Inorganic Chemistry

Vladimir Kiselev

Dostoevsky Omsk State University

Ph. D., Researcher, Inorganic Chemistry Department

参考

  1. James, S.L. Global, regional, and national incidence, prevalence, and years lived with disability for 354 diseases and injuries for 195 countries and territories, 1990-2017: a systematic analysis for the global burden of disease study 2017 / S.L. James, D. Abate, K.H. Abate et al. // The Lancet. - 2018. - V. 392. - I. 10159. - P. 1789-1858. doi: 10.1016/s0140-6736(18)32279-7.
  2. Лесняк, О.М. Остеопороз в Российской Федерации: эпидемиология, медико-социальные и экономические аспекты проблемы (обзор литературы) / О.М. Лесняк, И.А. Баранова, К.Ю. Белова и др. // Травматология и ортопедия России. - 2018. - T. 24. - № 1. - C. 155-168. doi: 10.21823/2311-2905-2018-24-1-155-168.
  3. Kivrak, N. Synthesis of calcium hydroxyapatitetricalcium phosphate (HA-TCP) composite bioceramics powders and their sintering behavior / N. Kivrak, A.C. Taş // Journal of the American Ceramic Society. - 1998. - V. 81. - I. 9. - P. 2245-2252. doi: 10.1111/j.1151-2916.1998.tb02618.x.
  4. Gibson, I.R. Characterization of the transformation from calciumdeficient apatite to -tricalcium phosphate / I.R. Gibson, I. Rehman, S.M. Best, W. Bonfield // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. - 2000. - V. 11. - I. 12. - P. 799-804. doi: 10.1023/A:1008905613182.
  5. Alkhraisat, M.H. Magnesium substitution in brushite cements / M.H. Alkhraisat, J. Cabrejos-Azama, C.R. Rodríguez et al. // Journal Materials Science and Engineering. - 2013. - V. 33. - I. 1. - P. 475-481. doi: 10.1016/j.msec.2012.09.017.
  6. Cui, W. Hydrothermal synthesis of Mg-substituted tricalcium phosphate nanocrystals / W. Cui, S. Wang, R. Yang, X. Zhang // MRS Communications. - 2019. - V. 9. - I. 3. - P. 971-978. doi: 10.1557/mrc.2019.110.
  7. Guo, X. Osteogenic effects of magnesium substitution in nano-structured β-tricalcium phosphate produced by microwave synthesis / X. Guo, Y. Long, W. Li, H. Dai // Journal of Materials Science. - 2019. - V. 54. - I. 16. - P. 11197-11212. doi: 10.1007/s10853-019-03674-7.
  8. Roy, M. Effects of zinc and strontium substitution in tricalcium phosphate on osteoclast differentiation and resorption / M. Roy, G.A. Fielding, A. Bandyopadhyay, S. Bose // Biomaterials Science. - 2013. - V. 1. - I. 1. - P. 74-82. doi: 10.1039/c2bm00012a.
  9. Мясникова, Н.А. Методы и средства исследования структуры и свойств наноматериалов и покрытий с наноструктурой / Н.А. Мясникова, А.В. Сидашов. - Ростов н/Д: ФГБОУ ВО РГУПС, 2017. - 157 с.
  10. Асхабов, А.М. Новые идеи в теории образования кристаллических зародышей (обзор) / А.М. Асхабов // Известия Коми научного центра УрО РАН. - 2019. - № 2(38). - С. 51-60.
  11. Линников, О.Д. Механизм формирования осадка при спонтанной кристаллизации солей из пересыщенных водных растворов / О.Д. Линников // Успехи химии. - 2014. - Т. 83. - № 4. - С. 343-364.
  12. Nanev, C.N. Evaluation of the critical nucleus size without using interface free energy / C.N. Nanev // Journal of Crystal Growth. - 2020. - V. 535. - Art №. 125521. - 3 p. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2020.125521.
  13. Горичев, И.Г. Анализ кинетических данных растворения оксидов металлов с позиций фрактальной геометрии / И.Г. Горичев, А.Д. Изотов, А.И. Горичев и др. // Журнал физической химии. -1999. - Т. 71. - № 10. - С. 1802-1808.
  14. Kiselev, V.M. The fractal analysis method for the study of hydroxylapatite crystallization process / V.M. Kiselev, O.A. Golovanova, V.B. Fedoseev // Applied Solid State Chemistry. - 2018. - № 3. -P. 46-51. DOI: doi: 10.18572/2619-0141-2018-3-4-46-51.
  15. Thongboonkerd, V. Should urine pH be adjusted prior to gel-based proteome analysis? / V. Thongboonkerd, S. Mungdee, W. Chiangjong // Journal of Proteome Research. - 2009. - V. 8. - I. 6. -P. 3206-3211. doi: 10.1021/pr900127x.
  16. Fleming, D.E. A comparative study of the adsorbtion of amino acids on to calcium minerals found in renal calculi / D.E. Fleming, W. Bronswijk, R.L. Ryall // Clinical Science. - 2001. - V. 101. - I. 2. - P. 159-168.
  17. Salamanna, F. Antiresorptive properties of strontium substituted and alendronate functionalized hydroxyapatite nanocrystals in an ovariectomized rat spinal arthrodesis model / F. Salamanna, G. Giavaresi, A. Parrilli et al. // Journal Materials Science and Engineering: C. - 2017. - V. 95. - P. 355-362. doi: 10.1016/j.msec.2017.11.016.
  18. Вода питьевая. Метод определения содержания полифосфатов: ГОСТ 18309-72; введ. 01.01.1974. -М.: Госстандарт СССР, 1972. - 5 c.
  19. База данных 2020620022 Российская Федерация. Фрактальная размерность кристаллических структур гидроксилапатита, полученного осаждением из водного раствора в присутствии добавок / Голованова О.А., Киселев В.М.; заявители и патентообладатели ФГБОУ ВО "омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского. - № 2019622529; заявл. 24.12.2019; опубл. 10.01.20, Бюл. № 1. - 1,87 Мб.
  20. Лурье, Ю.Ю. Справочник по аналитической химии / Ю.Ю. Лурье. - М: Химия, 1989. - 448 с.
  21. Ressler, A. Strontium substituted biomimetic calcium phosphate system derived from cuttlefish bone / A. Ressler, M. Cvetnić, M. Antunović et al. // Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials. - 2020. - V. 108. - I. 4. - P. 1697-1709. doi: 10.1002/jbm.b.34515.
  22. Zhang, J. Concentration-dependent osteogenic and angiogenic biological performances of calcium phosphate cement modified with copper ions /j. Zhang, H. Wu, F. He et al. // Journal Materials Science and Engineering: C. - 2019. - V. 99. - P. 1199-1212. doi: 10.1016/j.msec.2019.02.042.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

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».