Synthesis of nanohydroxyapatite modified with lanthanum and cerium ions: composition and properties

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Lanthanide-doped hydroxyapatite nanoparticles can be used as luminescent labels and become an alternative to organic fluorophores, as they are more stable and have a longer service life. Such materials allow tissue studies in surgery, the bone engineering and tissue regeneration. Lanthanides are known to have a high affinity for hydroxyapatite. This is due to the fact that lanthanides have ionic radii close to that of the calcium ion which is associated with their biological activity. Rare earth elements inhibit the formation of osteoclast-like cells and the process of the bone resorption. At the same time, lanthanides have a biological effect on the body, as a result bacterial growth is suppressed and, at the same time, the structure of the outer cell membrane, responsible for cell permeability, changes. Substituted hydroxyapatites were synthesized with varying content of the lanthanum (III) and cerium (III) ions. The formation of substituted hydroxyapatite was proven by X-ray diffraction and infrared spectroscopy. The parameters of the crystal lattices of the synthesized phases were shown to change, indicating the replacement of calcium ions by rare earth element ions in the hydroxyapatite structure. The presence of rare earth element ions in solid phases was proven by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy. The study of the resorption of the synthesized samples revealed that cation-substituted hydroxyapatites are less soluble than unmodified hydroxyapatite. Thus, lanthanum (III) and cerium (III) ions can inhibit and suppress the action of osteoclasts and thereby prevent the destruction of the bone tissue maintaining its integrity. Accordingly, the material based on hydroxyapatite dosed with rare earth element ions can have a positive effect when used in bone engineering.

Sobre autores

Olga Golovanova

Dostoevsky Omsk State Universit

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

Bibliografia

  1. Баринов, С.М. Биокерамика на основе фосфатов кальция / С. М. Баринов, С.В. Комлев. - М.: Наука, 2005. - 204 с.
  2. Dorozhkin, S.V. Calcium orthophosphates: occurrence and properties. Review paper / S.V. Dorozhkin // Progress in Biomaterials. - 2016. - V. 5. - P. 9-70. doi: 10.1007/s40204-015-0045-z.
  3. Mucalo, M. Hydroxyapatite (HAp) for biomedical applications. Woodhead Publishing Series in Biomaterials / M. Mucalo. - Amsterdam: Elsevier/Woodhead Publishing, 2015. - XIX+381 p.
  4. Yelten-Yilmaza, A. Wet chemical precipitation synthesis of hydroxyapatite (HA) powders/ A. Yelten-Yilmaza, S. Yilmaza // Ceramics International. - 2018. - V. 44. - I. 8. - P. 9703-9710. doi: 10.1016/j.ceramint.2018.02.201.
  5. Rodríguez-Lugo, V. Wet chemical synthesis of nanocrystalline hydroxyapatite flakes: effect of pH and sintering temperature on structural and morphological properties / V. Rodríguez-Lugo, T.V.K. Karthik, D. Mendoza-Anaya, et al. //Royal society open science. -2018. - V. 5. - I. 8. - Art. № 180962. - 14 p. doi: 10.1098/rsos.180962.
  6. Cox, S.Comparison of techniques for the synthesis of hydroxyapatite / S. Cox, R.I. Walton, K.K. Mallick // Bioinspired, Biomimetic and Nanobiomaterials. - 2014. - V. 4. - I. 1. - P. 37-47. doi: 10.1680/bbn.14.00010.
  7. Cawthray, J.F. Ion exchange in hydroxyapatite with lanthanides /j.F. Cawthray, L.A. Creagh, C.A. Haynes, C. Orvig // Inorganic Chemistry. - 2015. - V. 54. - I. 4. - P. 1440-1445. doi: 10.1021/ic502425e.
  8. Guoqing, M. Three common preparation methods of hydroxyapatite / M. Guoqing // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2018. - V. 688. - I. 3. - Art. № 033057. - 12 p. doi: 10.1088/1757-899X/688/3/033057.
  9. Tang, S. Refractory calcium phosphate-derived phosphorus fertilizer based on hydroxyapatite nanoparticles for nutrient delivery /S. Tang, X. Fei // ACS Applied Nano Materials. - 2021. - V. 4. - I. 2. - P. 1364-1376. doi: 10.1021/acsanm.0c02921.
  10. Lamkhao, S. Synthesis of hydroxyapatite with antibacterial properties using a microwave-assisted combustion method / S. Lamkhao, M. Phaya, C. Jansakun et al. // Scientific Reports. - 2019. - V. 9. - I. 1. - Art. № 4015. - 9 p. doi: 10.1038/s41598-019-40488-8.
  11. Nasiri, N. Nanostructured gas sensors for medical and health applications: low to high dimensional materials / N. Nasiri, C. Clarke // National Library of Medicine. - 2019. -V. 9. - I.1. - Art. № 43. - 22 p. doi: 10.3390/bios9010043.
  12. George, S., Application of hydroxyapatite and its modified forms as adsorbents for water defluoridation: an insight into process synthesis / S. George, D. Mehta, V. K. Saharan // Reviews in Chemical Engineering. - 2020. - V. 36. - I. 3. - P. 369-400. doi: 10.1515/revce-2017-0101.
  13. Thales, R. Structural properties and self-activated photoluminescence emissions in hydroxyapatite with distinct particle shapes / R. Thales, M. Júlio, C. Sczancoskia et al.// Ceramics International. - 2018. - V. 44. - I. 1. - P. 236-245. doi: 10.1016/j.ceramint.2017.09.164.
  14. Kazin, P.E. Crystal structure details of La- and Bi-substituted hydroxyapatites: evidence for LaO + and BiO + with a very short metal-oxygen bond / P.E. Kazin, M.A. Pogosova, L.A. Trusov et al. // Journal of Solid-State Chemistry. - 2016. - V. 237. - P. 349-357. doi: 10.1016/j.jssc.2016.03.004.
  15. Kaur, K. Lanthanide (= Ce, Pr, Nd and Tb) ions substitution at calcium sites of hydroxyl apatite nanoparticles as fluorescent bio probes: experimental and density functional theory study / K. Kaur, K.J. Singh, V. Anand, et al. // Ceramics International. - 2017. - V. 43. - I. 13. - P. 10097-10108. doi: 10.1016/j.ceramint.2017.05.029.
  16. Gopi, D. Development of Ce3+/Eu3+ dual-substituted hydroxyapatite coating on surgical grade stainless steel for improved antimicrobial and bioactive properties / D. Gopi, S. Sathishkumar, A. Karthika et al. // Industrial & Engineering Chemistry Research. - 2014. - V. 53. - I. 52. - P. 20145-20153. doi: 10.1021/ie504387k.
  17. Golovanova, O.A. Synthesis of of hydroxylapatite substituted with ree ions (La3+ and Y3+): сomposition, structure, and properties / O.A. Golovanova // Journal of Inorganic Chemistry. - 2023. - V. 68. - I. 3. - Р. 334-341. doi: 10.1134/S0036023622700139.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
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».