Исследование влияния наномагнетита на свойства in vitro биогенного гидроксиапатита
Целью данной работы является исследование влияния ферромагнитных добавок на физико-химические параметры при испытаниях in vitro материала, полученного на основе биогенного гидроксиапатита (БГАп), легированного наномагнетитом (Fe₃O₄). Количество легирующей добавки, исходя из медицинского назначения с...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2013
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75940 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование влияния наномагнетита на свойства in vitro биогенного гидроксиапатита / А.А. Куда, О.Н. Отиченко, А.Р. Пархомей, Н.Д. Пинчук, И.В. Уварова // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 4. — С. 797-804 . — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859613137297211392 |
|---|---|
| author | Куда, А.А. Отиченко, О.Н. Пархомей, А.Р. Пинчук, Н.Д. Уварова, И.В. |
| author_facet | Куда, А.А. Отиченко, О.Н. Пархомей, А.Р. Пинчук, Н.Д. Уварова, И.В. |
| citation_txt | Исследование влияния наномагнетита на свойства in vitro биогенного гидроксиапатита / А.А. Куда, О.Н. Отиченко, А.Р. Пархомей, Н.Д. Пинчук, И.В. Уварова // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 4. — С. 797-804 . — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| description | Целью данной работы является исследование влияния ферромагнитных добавок на физико-химические параметры при испытаниях in vitro материала, полученного на основе биогенного гидроксиапатита (БГАп), легированного наномагнетитом (Fe₃O₄). Количество легирующей добавки, исходя из медицинского назначения создаваемого биоматериала, в исследуемых образцах составляло не более 2% масс. Исследуемые материалы в виде порошков и спрессованных таблеток были получены при температуре термообработки ниже точки Кюри для Fe₃O₄ (572°С) в различных газовых средах. Для изучения свойств материала выполняли исследования РФА, микроструктуры, а также опыты in vitro в физиологических средах.
Метою даної роботи є дослідження впливу феромагнітних домішок на фізико-хімічні параметри в дослідах in vitro матеріалу, одержаного на основі біогенного гідроксиапатиту (БГАп), леґованого наномагнетитом (Fe₃O₄). Кількість леґувальної домішки, виходячи з медичного призначення створюваного матеріалу, в дослідних зразках складала не більше 2% мас. Дослідні матеріали у вигляді порошків та спресованих зразків були одержані при температурі термооброблення нижче точки Кюрі для Fe₃O₄ (572°С) в різних газових середовищах. Для вивчення властивостей матеріалу було виконано дослідження РФА, мікроструктури, а також досліди in vitro у фізіологічних середовищах.
The goal of this work is to investigate the influence of ferromagnetic additives on the physical and chemical parameters of biogenic hydroxyapatite (BHAp)-based nanomagnetite (Fe₃O₄)-doped material under testing in vitro. Taking into account medicine application of the material, the content of the additive does not exceed 2 mass.%. Samples in the form of powders or pressed pellets are prepared at a heat-treatment temperature below the Fe₃O₄ Curie point (572°C) in various gas media. To study their properties, XRD and microstructure analyses are used along with testing in vitro in physiological media
|
| first_indexed | 2025-11-28T15:26:03Z |
| format | Article |
| fulltext |
797
PACS numbers: 61.43.Gt, 68.37.Hk, 75.50.Tt, 81.05.Rm, 81.20.Ev, 87.85.jj, 87.85.Rs
Исследование влияния наномагнетита на свойства in vitro
биогенного гидроксиапатита
А. А. Куда, О. Н. Отиченко*, А. Р. Пархомей, Н. Д. Пинчук,
И. В. Уварова
Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины,
ул. Кржижановского, 3,
03680, ГСП, Киев-142, Украина
*Национальный технический университет Украины
«Киевский политехнический институт»,
просп. Победы, 37,
03056 Киев, Украина
Целью данной работы является исследование влияния ферромагнитных
добавок на физико-химические параметры при испытаниях in vitro мате-
риала, полученного на основе биогенного гидроксиапатита (БГАп), леги-
рованного наномагнетитом (Fe3O4). Количество легирующей добавки, ис-
ходя из медицинского назначения создаваемого биоматериала, в исследу-
емых образцах составляло не более 2% масс. Исследуемые материалы в
виде порошков и спрессованных таблеток были получены при температу-
ре термообработки ниже точки Кюри для Fe3O4 (572С) в различных газо-
вых средах. Для изучения свойств материала выполняли исследования
РФА, микроструктуры, а также опыты in vitro в физиологических средах.
Метою даної роботи є дослідження впливу феромагнітних домішок на фі-
зико-хімічні параметри в дослідах in vitro матеріалу, одержаного на осно-
ві біогенного гідроксиапатиту (БГАп), леґованого наномагнетитом
(Fe3O4). Кількість леґувальної домішки, виходячи з медичного призна-
чення створюваного матеріалу, в дослідних зразках складала не більше
2% мас. Дослідні матеріали у вигляді порошків та спресованих зразків
були одержані при температурі термооброблення нижче точки Кюрі для
Fe3O4 (572С) в різних газових середовищах. Для вивчення властивостей
матеріалу було виконано дослідження РФА, мікроструктури, а також до-
сліди in vitro у фізіологічних середовищах.
The goal of this work is to investigate the influence of ferromagnetic addi-
tives on the physical and chemical parameters of biogenic hydroxyapatite
(BHAp)-based nanomagnetite (Fe3O4)-doped material under testing in vitro.
Taking into account medicine application of the material, the content of the
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2013, т. 11, № 4, сс. 797–804
2013 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
798 А. А. КУДА, О. Н. ОТИЧЕНКО, А. Р. ПАРХОМЕЙ и др.
additive does not exceed 2 mass.%. Samples in the form of powders or
pressed pellets are prepared at a heat-treatment temperature below the Fe3O4
Curie point (572C) in various gas media. To study their properties, XRD and
microstructure analyses are used along with testing in vitro in physiological
media.
Ключевые слова: гидроксиапатит, наномагнетит, легирование, in vitro,
микроструктура.
(Получено 26 ноября 2013 г.)
1. ВВЕДЕНИЕ
Весьма актуальной проблемой в медицине является создание мате-
риалов для направленного введения лечебных препаратов в опреде-
лённую точку организма, обеспечения пролонгации их действия с
повышением биологических и физико-химических свойств. К ма-
териалам, на основе которых можно создавать нужные компози-
ции, следует отнести гидроксиапатит (ГАп). С его помощью воз-
можно введение медицинских препаратов в проблемные зоны кост-
ных тканей человека [1–3]. Так как ГАп является составной частью
минералогического состава костных тканей, он практически не от-
торгается другими тканями организма при внедрении в качестве
имплантата. В литературе имеются отдельные сведения о том, что в
присутствии ферромагнитных легирующих добавок в ГАп можно
контролировать дозировку препарата в необходимую область, а
также скорость биорегенерационных процессов в организме под
воздействием магнитного поля [4–6].
Существует также не до конца выясненная взаимосвязь между
ионами железа и кальция, участвующими в процессах обмена ве-
ществ в живых организмах. Известно, что недостаток железа может
привести к существенному недостатку кальция в составе кости
млекопитающих и развитию вследствие этого тяжёлой формы осте-
опороза [7–9]. В связи с этим представляет интерес выяснить влия-
ние наличия Fe в биоматериалах, заменяющих дефектные участки
кости, на характер их растворения в физиологических средах как
предварительный этап выяснения взаимосвязи между ионами же-
леза и кальция в процессах обмена веществ [10].
Целью данной работы явилось получение и исследование основ-
ных физико-химических свойств и параметров in vitro материала
на основе биогенного ГАп, легированного наномагнетитом (Fe3O4),
после его термообработки в различных средах. Количество легиру-
ющей добавки, исходя из медицинского назначения создаваемого
биоматериала, в исследуемых образцах составляло не более 2%
масс.
ВЛИЯНИЯ НАНОМАГНЕТИТА НА СВОЙСТВА IN VITRO ГИДРОКСИАПАТИТА 799
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследуемые образцы на основе ГАп биологического происхожде-
ния были получены в виде порошков и образцов определённой фор-
мы при температуре термообработки меньше точки Кюри для Fe3O4
(572С) в различных газовых средах, а именно в вакууме (410
5
мм
рт. ст.), в углеводородной среде и на воздухе при t500С на протя-
жении 2 часов. Наномагнетит (Fe3O4) с удельной поверхностью 48
м2/г и размером частиц 50–60 нм был получен методом химического
разложения солей. Состав полученных материалов контролировали
методом рентгенофазового анализа. Для изучения микроструктуры
использовали сканирующий микроскоп Jeol Superprobe 733.
Для исследований резорбционных свойств материала выполняли
опыты in vitro, для чего образцы помещали в изотонический фи-
зиологический раствор NaCl 0,9% масс. на 2, 5 и 7 суток в термоста-
те при температуре 36,5–37С.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. РФА
Фазовый состав исследуемых порошковых композитов анализиро-
вали с помощью РФА.
Кривые интенсивности линий отражения для легированных и
нелегированных материалов представлены на рис. 1.
По анализу дебаеграмм полученных материалов было установле-
но наличие основных линий для БГАп в диапазоне 2 36–38, 46 и
54–63. Определены также линии при 34 и 39, как линии харак-
Рис. 1. Дебаеграммы легированных и нелегированных материалов, полу-
ченных после термообработки в различных средах.
800 А. А. КУДА, О. Н. ОТИЧЕНКО, А. Р. ПАРХОМЕЙ и др.
терные для Fe3O4.
3.2. Микроструктура и пористость
Микроструктура и распределение Fe3O4 некоторых образцов пред-
ставлена на рис. 2.
Из анализа микрофотографий полученных образцов установлена
сложная микроструктура материала, состоящая из агломератов от-
дельных зёрен и пор разного размера. Размер агломератов находит-
ся в пределах от 0,3 до 2 мкм. Как видно из микрофотографий, рас-
пределение Fe3O4 довольно равномерное. Образцы как в присут-
ствии легирующей добавки, так и без неё, при различных условиях
термообработки имеют схожую микроструктуру.
Значения общей пористости спрессованных таблеток и порош-
ков, полученных при термообработке в вакууме, представлены на
Рис. 2. Микроструктура таблетки БГАп2% Fe3O4 и элементное распреде-
ление Fe3O4 (2): 1, 2 — 1000, 3 — 5400 после термообработки в вакууме.
Рис. 3. Пористость образцов БГАп и БГАп2% Fe3O4 после термообработ-
ки в вакууме.
ВЛИЯНИЯ НАНОМАГНЕТИТА НА СВОЙСТВА IN VITRO ГИДРОКСИАПАТИТА 801
рис. 3.
Как видно из рис. 3, общая пористость для образцов в виде табле-
ток составляет 42,30% для БГАп и 44,84% для БГАп2% Fe3O4, а
для порошков — 92,53% для БГАп и 93,34% для БГАп2% Fe3O4.
При этом открытая пористость для таблеток имеет значения:
40,80% (БГАп) и 42,58% (БГАп2% Fe3O4).
Незначительную разницу пористости между легированными и
нелегированными образцами можно объяснить близкими значени-
ями удельной поверхности порошков, которая находилась в преде-
лах 5,35–5,45 м
2/г. Из этого следует, что наличие добавок магнети-
та практически не влияет на микроструктуру и пористость матери-
ала.
3.3. Удельная намагниченность
Результаты измерения удельной намагниченности [Ам2/кг] леги-
рованных образцов с различной термообработкой представлены на
рис. 4.
Термообработка образцов на воздухе приводит к частичному пе-
реходу Fe3O4 в Fe2O3, в результате чего удельная магнитная воспри-
имчивость несколько снижается.
Как следует из результатов по определению удельной магнитной
восприимчивости исследованных материалов, величина её зависит
преимущественно от условий спекания образцов.
Рис. 4. Удельная намагниченность легированных материалов при термо-
обработке в различных средах: 1 — БГАп2% Fe3O4 без термообработки; 2
— БГАп2%Fe3O4 в вакууме при t500C; 3 — БГАп2% Fe3O4 обжиг в
воздушной среде при t500C.
802 А. А. КУДА, О. Н. ОТИЧЕНКО, А. Р. ПАРХОМЕЙ и др.
3.4. Растворимость
Для изучения поведения легированного материала в организме че-
ловека были проведены опыты in vitro в модельных жидкостях пу-
тём погружения в раствор на срок до 7 суток. Данные по скорости
растворимости порошков в физрастворе представлены на рис. 5 и 6.
Как видно из рис. 5, максимальная скорость растворимости для
образца без термообработки достигается уже на 2 сутки, а для об-
Рис. 5. Скорость растворимости порошков: 1 — БГАп2% Fe3O4 без тер-
мической обработки; 2 — БГАп2% Fe3O4 в вакууме, при t500С; 3 —
БГАп2%Fe3O4 в воздушной среде при t500С.
Рис. 6. Скорость растворимости таблеток в физиологическом растворе в
течение 7 суток.
ВЛИЯНИЯ НАНОМАГНЕТИТА НА СВОЙСТВА IN VITRO ГИДРОКСИАПАТИТА 803
разцов с термической обработкой — на 5-е. При этом меньшей ско-
ростью растворимости обладает материал БГАп2% Fe3O4 с термо-
обработкой в вакууме. На основании этих данных можно сделать
вывод о том, что термообработка влияет как на достижение макси-
мальных значений скорости растворимости в физрастворе, так и на
величину растворимости.
Кроме того, было проведено исследование скорости растворимо-
сти для БГАп2% Fe3O4 без термической обработки в SBF (Simulat-
ed Body Fluid) после 7 суток пребывания в растворе. Для данного
образца скорость растворимости составила 0,26 % масс./сутки, что
значительно выше, чем для образцов в физрастворе.
Были проведены также исследования растворимости образцов в
виде таблеток после термической обработки в вакууме, при
t500С после 7 суток пребывания в физрастворе, результаты ко-
торых представлены на рис. 6.
Как видно из рис. 6, легированный материал обладает большей
скоростью растворимости. Это может быть связано с каталитиче-
ским действием легирующей добавки, которая и повышает раство-
римость БГАп за счёт частичного перехода самой добавки в физрас-
твор. По сравнению с образцами в виде порошка скорость раство-
римости таблеток снижается примерно в 5–10 раз. Значительное
изменение скорости растворимости материалов связано с различ-
ной пористостью (см. рис. 3).
4. ВЫВОДЫ
Исходя из медицинского назначения создаваемого биоматериала,
выбрано количество легирующей добавки в исследуемых образцах,
которое не превышало 2% масс., о чём свидетельствуют данные
рентгеновского анализа.
Наличие легирующей добавки и вид термообработки практиче-
ски не влияют на структуру полученных образцов, но незначитель-
но повышает пористость, что следует из анализа их микрострукту-
ры.
Незначительное уменьшение удельной намагниченности образ-
ца, обработанного в воздушной среде, связано с переходом магнети-
та (Fe3O4) в гематит (Fe2O3).
Скорость растворения в физиологическом растворе для порошко-
вых материалов значительно выше, чем для компактных образцов
и достигает максимальных значений на 2–5 сутки.
По результатам исследований, оптимальным является материал,
прошедший термообработку в вакууме при 410
5
мм рт. ст., при
500С, поскольку такой режим термообработки позволяет сохра-
нить магнитные свойства легирующей добавки и избежать фазового
перехода магнетита в гематит.
804 А. А. КУДА, О. Н. ОТИЧЕНКО, А. Р. ПАРХОМЕЙ и др.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. N. A. Korzh, O. E. Vyrva, N. V. Deduh, and S. V. Malyshkina, Ortopediya,
Travmatologiya i Protezirovanie (Orthopedy, Traumatology, and Prosthesis),
No. 3: 20 (2007) (in Russian).
2. B. Roszek, W. H. de Jong, and R. E. Geertsma, Nanotechnology in Medical Ap-
plications: State-of-the-Art in Materials and Devices (Bilthoven, The Nether-
lands: RIVM: 2005), p. 123.
3. M. P. Ferraz, F. J. Monteiro, and C. M. Manuel, Hydroxyapatite Nanoparticles:
A Review of Preparation Methodologies, No. 2: 74 (2004).
4. V. S. Sulyma, A. T. Brusko, M. P. Grytsai, L. A. Ivanchenko, and N. D.
Pinchuk, Problemy Osteologii (Problems of Osteology), 4, No. 4: 21 (2001) (in
Ukrainian).
5. S. Panseri, C. Cunha, T. D’Alessandro, M. Sandri, A. Russo, G. Giavaresi, M.
Marcacci, C. T. Hung, and A. Tampieri, PLoS ONE, 7, No. 6: 1 (2012).
6. E. B. Ansari, M. Ajeeshi, Y. Yokogawa, W. Wunderlich, and H. Varma, Jour-
nal of the American Ceramic Society, 95, No. 9: 2695 (2012).
7. E. P. Podrushniak, L. A. Ivanchenko, A. M. Falkovska, A. M. Gumeniuk, L. G.
Kobylochna, N. D. Pinchuk, and T. M. Tkachova, Problemy Osteologii (Prob-
lems of Osteology), 1, No. 23: 98 (1998) (in Ukrainian).
8. E. M. Muzquiz-Ramos, D. A. Cortés-Hernández, J. C. Escobedo-Bocardo, A.
Zugasti-Cruz, X. S. Ramírez-Gomes, J. G. Osuna-Alarcón, Journal of Materials
Science: Materials in Medicine, 24, No. 4: 1035 (2013).
9. T. K. Jain, M. K. Reddy, M. A. Morales, D. L. Leslie-Pelecky, and V. Labhaset-
war, Mol. Pharm., 5, No. 2: 316 (2008).
10. N. D. Pinchuk, L. A. Ivanchenko, A. A. Kuda, and L. N. Kuzmenko, Sovremen-
nyye Problemy Fizicheskogo Materialovedeniya (Up-to-Date Problems of Physi-
cal Materials Science), No. 4: 52 (2007) (in Russian).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75940 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1816-5230 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T15:26:03Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Куда, А.А. Отиченко, О.Н. Пархомей, А.Р. Пинчук, Н.Д. Уварова, И.В. 2015-02-06T13:15:49Z 2015-02-06T13:15:49Z 2013 Исследование влияния наномагнетита на свойства in vitro биогенного гидроксиапатита / А.А. Куда, О.Н. Отиченко, А.Р. Пархомей, Н.Д. Пинчук, И.В. Уварова // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 4. — С. 797-804 . — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1816-5230 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75940 PACS numbers: 61.43.Gt,68.37.Hk,75.50.Tt,81.05.Rm,81.20.Ev,87.85.jj,87.85.Rs Целью данной работы является исследование влияния ферромагнитных добавок на физико-химические параметры при испытаниях in vitro материала, полученного на основе биогенного гидроксиапатита (БГАп), легированного наномагнетитом (Fe₃O₄). Количество легирующей добавки, исходя из медицинского назначения создаваемого биоматериала, в исследуемых образцах составляло не более 2% масс. Исследуемые материалы в виде порошков и спрессованных таблеток были получены при температуре термообработки ниже точки Кюри для Fe₃O₄ (572°С) в различных газовых средах. Для изучения свойств материала выполняли исследования РФА, микроструктуры, а также опыты in vitro в физиологических средах. Метою даної роботи є дослідження впливу феромагнітних домішок на фізико-хімічні параметри в дослідах in vitro матеріалу, одержаного на основі біогенного гідроксиапатиту (БГАп), леґованого наномагнетитом (Fe₃O₄). Кількість леґувальної домішки, виходячи з медичного призначення створюваного матеріалу, в дослідних зразках складала не більше 2% мас. Дослідні матеріали у вигляді порошків та спресованих зразків були одержані при температурі термооброблення нижче точки Кюрі для Fe₃O₄ (572°С) в різних газових середовищах. Для вивчення властивостей матеріалу було виконано дослідження РФА, мікроструктури, а також досліди in vitro у фізіологічних середовищах. The goal of this work is to investigate the influence of ferromagnetic additives on the physical and chemical parameters of biogenic hydroxyapatite (BHAp)-based nanomagnetite (Fe₃O₄)-doped material under testing in vitro. Taking into account medicine application of the material, the content of the additive does not exceed 2 mass.%. Samples in the form of powders or pressed pellets are prepared at a heat-treatment temperature below the Fe₃O₄ Curie point (572°C) in various gas media. To study their properties, XRD and microstructure analyses are used along with testing in vitro in physiological media ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Исследование влияния наномагнетита на свойства in vitro биогенного гидроксиапатита Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование влияния наномагнетита на свойства in vitro биогенного гидроксиапатита Куда, А.А. Отиченко, О.Н. Пархомей, А.Р. Пинчук, Н.Д. Уварова, И.В. |
| title | Исследование влияния наномагнетита на свойства in vitro биогенного гидроксиапатита |
| title_full | Исследование влияния наномагнетита на свойства in vitro биогенного гидроксиапатита |
| title_fullStr | Исследование влияния наномагнетита на свойства in vitro биогенного гидроксиапатита |
| title_full_unstemmed | Исследование влияния наномагнетита на свойства in vitro биогенного гидроксиапатита |
| title_short | Исследование влияния наномагнетита на свойства in vitro биогенного гидроксиапатита |
| title_sort | исследование влияния наномагнетита на свойства in vitro биогенного гидроксиапатита |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75940 |
| work_keys_str_mv | AT kudaaa issledovanievliâniânanomagnetitanasvoistvainvitrobiogennogogidroksiapatita AT otičenkoon issledovanievliâniânanomagnetitanasvoistvainvitrobiogennogogidroksiapatita AT parhomeiar issledovanievliâniânanomagnetitanasvoistvainvitrobiogennogogidroksiapatita AT pinčuknd issledovanievliâniânanomagnetitanasvoistvainvitrobiogennogogidroksiapatita AT uvarovaiv issledovanievliâniânanomagnetitanasvoistvainvitrobiogennogogidroksiapatita |