Свойства биоматериала на основе нанокомпозита пористого кремния с гидроксиапатитом
- Authors: 1, 1
-
Affiliations:
- Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
- Issue: Vol 1 (2023)
- Pages: 200-201
- Section: Физика
- URL: https://journals.eco-vector.com/osnk-sr2023/article/view/409738
- ID: 409738
Cite item
Full Text
Abstract
Обоснование. Задача лежит в области адресной доставки гидроксиапатита (ГАП) к поврежденным в результате травмы или болезни участкам кости при помощи пористых наночастиц. Для доставки ГАП к пораженным участкам кости необходимо использовать водорастворимые транспортные пористые частицы, насыщенные веществом, поскольку чистый ГАП практически нерастворим в крови и плазме. Создание наноконтейнеров из пористого кремния (ПК) с гидроксиапатитом ускорит восстановление костных тканей при остеопластике [1].
Цель — исследовать нанокомпозит пористого кремния с гидроксиапатитом как биоматериал для применения в остеопластике.
Методы. Пористый кремний был получен из пластин монокристаллического кремния методом электрохимического травления в растворе HF : H2O : C2H5OH [2]. Травлению подвергались образцы с разным типом поверхности: полированная и шлифованная в течение 20 мин при значениях плотности тока 10 мА/см2. Пористость пластин считали гравиметрическим методом [3].
Для получения нанокомпозита пористого кремния с гидроксиапатитом поры насыщали водным раствором гидроксиапатита, приготовленного из дистиллированной воды и стоматологического порошка гидроксиапатита в соотношении 30 : 1.
Порошок нанокомпозита пористого кремния с гидроксиапатитом получали двумя способами: механически, посредством измельчения пористого слоя нанокомпозита в керамической ступке, и методом лазерной абляции [3, 4]. Для этого использовали оптоволоконный лазер непрерывного излучения с рабочей длиной волны 1098 нм с выходной мощностью 20 Вт. Пучок мощного излучения действует на пористый слой, нагрев приводит к микровзрыву и образованию кратера на поверхностипластины.
Наличие гидроксиапатита в порах исследовали методом рентгеновского энергодисперсионногоанализа [5].
Размер частиц определяли методом растровой электронной микроскопии на аппарате «Интегра-Томо».
Результаты. Толщина пористого слоя составила 30–40 мкм, пористость — 6–12 %. Исследование элементного состава подтвердило наличие гидроксиапатита в порах кремния. Гидроксиапатит состоит из кислорода, кальция и фосфора. Данные представлены в таблице 1.
Таблица 1. Элементный состав порошка нанокомпозита ПК + ГАП
Элемент | Содержание, % |
Углерод (С) | 52,21 |
Кислород (О) | 29,47 |
Кальций (Ca) | 9,13 |
Кремний (Si) | 5,75 |
Фосфор (P) | 3,01 |
Другие | 0,43 |
При механическом измельчении размеры отдельных частиц порошка составляют 10–12 мкм. Края неровные, четко видна пористая структура. Методом лазерной абляции были получены частицы намного меньших размеров, порядка 1 мкм. Они имеют более округлые края за счет оплавления при воздействии на них лазера (рис. 1).
Рис. 1. Частицы порошка, полученного методом лазерной абляции
Выводы. Исследование размеров частиц порошка нанокомпозита ПК+ГАП показало, что метод лазерной абляции больше подходит для создания наноконтейнеров для доставки лекарства в остеопластике. Таким образом, результаты проведенных исследований могут быть положены в основу методики изготовления нанокомпозита ПК+ГАП с контролируемым содержанием ГАП.
Full Text
Обоснование. Задача лежит в области адресной доставки гидроксиапатита (ГАП) к поврежденным в результате травмы или болезни участкам кости при помощи пористых наночастиц. Для доставки ГАП к пораженным участкам кости необходимо использовать водорастворимые транспортные пористые частицы, насыщенные веществом, поскольку чистый ГАП практически нерастворим в крови и плазме. Создание наноконтейнеров из пористого кремния (ПК) с гидроксиапатитом ускорит восстановление костных тканей при остеопластике [1].
Цель — исследовать нанокомпозит пористого кремния с гидроксиапатитом как биоматериал для применения в остеопластике.
Методы. Пористый кремний был получен из пластин монокристаллического кремния методом электрохимического травления в растворе HF : H2O : C2H5OH [2]. Травлению подвергались образцы с разным типом поверхности: полированная и шлифованная в течение 20 мин при значениях плотности тока 10 мА/см2. Пористость пластин считали гравиметрическим методом [3].
Для получения нанокомпозита пористого кремния с гидроксиапатитом поры насыщали водным раствором гидроксиапатита, приготовленного из дистиллированной воды и стоматологического порошка гидроксиапатита в соотношении 30 : 1.
Порошок нанокомпозита пористого кремния с гидроксиапатитом получали двумя способами: механически, посредством измельчения пористого слоя нанокомпозита в керамической ступке, и методом лазерной абляции [3, 4]. Для этого использовали оптоволоконный лазер непрерывного излучения с рабочей длиной волны 1098 нм с выходной мощностью 20 Вт. Пучок мощного излучения действует на пористый слой, нагрев приводит к микровзрыву и образованию кратера на поверхностипластины.
Наличие гидроксиапатита в порах исследовали методом рентгеновского энергодисперсионногоанализа [5].
Размер частиц определяли методом растровой электронной микроскопии на аппарате «Интегра-Томо».
Результаты. Толщина пористого слоя составила 30–40 мкм, пористость — 6–12 %. Исследование элементного состава подтвердило наличие гидроксиапатита в порах кремния. Гидроксиапатит состоит из кислорода, кальция и фосфора. Данные представлены в таблице 1.
Таблица 1. Элементный состав порошка нанокомпозита ПК + ГАП
Элемент | Содержание, % |
Углерод (С) | 52,21 |
Кислород (О) | 29,47 |
Кальций (Ca) | 9,13 |
Кремний (Si) | 5,75 |
Фосфор (P) | 3,01 |
Другие | 0,43 |
При механическом измельчении размеры отдельных частиц порошка составляют 10–12 мкм. Края неровные, четко видна пористая структура. Методом лазерной абляции были получены частицы намного меньших размеров, порядка 1 мкм. Они имеют более округлые края за счет оплавления при воздействии на них лазера (рис. 1).
Рис. 1. Частицы порошка, полученного методом лазерной абляции
Выводы. Исследование размеров частиц порошка нанокомпозита ПК+ГАП показало, что метод лазерной абляции больше подходит для создания наноконтейнеров для доставки лекарства в остеопластике. Таким образом, результаты проведенных исследований могут быть положены в основу методики изготовления нанокомпозита ПК+ГАП с контролируемым содержанием ГАП.
About the authors
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Author for correspondence.
Email: kulagina4@ya.ru
студентка, группа 4402-030302D, физический факультет
Russian Federation, СамараСамарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Email: natalat@yandex.ru
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры твердого тела и неравновесных систем
Russian Federation, СамараReferences
- Белорус А.О. Нанокомпозиты, полученные внедрением наночсатиц и коллоидных квантовых точек в пористые полупроводниковые матрицы. СПб.: ЛЭТИ им. В.И. Ульянова, 2022. 249 с.
- Суюндукова Д.Р. Физико-химические свойства биоматериала для остеопластики на основе пористого кремния. Самара: Самарский университет, 2018.
- Конюхов Ю.В. Разработка научно-технологических основ получения нанопорошков из техногенного сырья и модифицирования материалов с применением энергомеханической обработки. Москва: Университет МИСИС, 2018.
- Смирнов Н.А., Кудряшов С.И., Данилов П.А., и др. Одноимпульсная абляция кремния ультракороткими лазерными импульсами варьируемой длительности в воздухе и воде // Письма в ЖЭТФ. 2018. Т. 108, № 6. С. 393–398. doi: 10.1134/S0370274X18180054
- Ксенофонтова О.И., Васин А.В., Егоров В.В., и др. Пористый кремний и его применение в биологии и медицине // Журнал технической физики. 2014. Т. 84, № 1. С. 67–78. EDN: RYJATZ
Supplementary files
