سنتز ذرات کلسیم فسفاتی به روش احتراق در محلول و بررسی تغییر pH اولیه و دمای عملیات حرارتی بر خواص فیزیکی و زیستی پودر حاصل
الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین
ندا سامی
1
,
سحر ملازاده بیدختی
2
,
جلیل وحدتی خاکی
3
1 - دانشجوی کارشناسی‌ارشد رشته مهندسی مواد، گروه مهندسی مواد، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
2 - استادیار، گروه مهندسی مواد، گروه مهندسی مواد، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
3 - استاد، گروه مهندسی مواد، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
الکلمات المفتاحية: کلسیم فسفات, فلور آپاتیت, هیدروکسی آپاتیت, pH محلول, دمای عملیات حرارتی,
ملخص المقالة :
مقدمه: هیدروکسی آپاتیت یک ماده معدنی طبیعی است که در اجزای استخوان یافت می‌شود. گروه هیدروکسیل آن می‌تواند با یون‌های فلوراید جایگزین شده و طیف وسیعی از آپاتیت‌ها را ایجاد نماید. فلوئور آپاتیت یکی از موادی است که می‌تواند یون F- را با نرخ کنترل شده آزاد نماید. جایگزینی یون فلوراید موجب بهبود تکثیر سلولی و فعال‌سازی سلول‌های استخوان‌ساز به سطح ایمپلنت می‌شود.
روش: در این پژوهش ذرات کلسیم فسفات به روش سنتز احتراقی در محلول‌هایی با مقادیر متفاوت عامل قلیایی و در دمای محیط سنتز شدند. ذرات سنتز شده در pHهای متفاوت پس از شستشو و سانتریفیوژ، در محیط خلأ با دمای ℃۹۰ خشک شدند. پس از تهیه پودرها، در محدوده دمایی ℃۸۵۰ تا ℃11۰۰ عملیات حرارتی انجام گرفت. خواص فیزیکی و زیستی نمونه‌های تهیه شده در pH و دماهای متفاوت مورد بررسی قرار گرفت.
یافته ها: نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که افزایش pH محلول و دمای عملیات حرارتی، منجر به افزایش رهایش یون فلوئور می‌گردد. همچنین مشخص شد که افزایش pH در محلول اولیه سنتز، باعث کاهش اندازه ذرات از حدود nm500 در pH=10 به مقادیر 100nm در pH=10 شد. این موضوع ناشی از بهبود یکنواختی در محلول اولیه سنتز است.
نتیجه گیری: می‌توان این‌گونه برداشت کرد که محصول این پژوهش می‌تواند جایگزینی برای بافت آسیب‌دیده استخوان باشد. زیرا که هم‌زمان دوفاز هیدروکسی آپاتیت و فلوئور آپاتیت را در خود دارد که منجر به کنترل رهایش و جذب یون‌های معدنی خواهد شد.
References
1. Zhao, J., et al., Solution combustion method for synthesis of nanostructured hydroxyapatite, fluorapatite and chlorapatite. Applied Surface Science, 2014. 314: p. 1026-1033.
2. Song, W.H., H.S. Ryu, and S.H. Hong, Antibacterial properties of Ag (or Pt)‐containing calcium phosphate coatings formed by micro‐arc oxidation. Journal of Biomedical Materials Research Part A: An Official Journal of The Society for Biomaterials, The Japanese Society for Biomaterials, and The Australian Society for Biomaterials and the Korean Society for Biomaterials, 2009. 88(1): p. 246-254.
3. Tarannum, S., et al., Amplification of photocatalytic degradation of antibiotics (amoxicillin, ciprofloxacin) by sodium doping in nano-crystallite hydroxyapatite. RSC advances, 2024. 14(18): p. 12386-12396.
4. Balas, M., et al., Biocompatibility and Osteogenic Activity of Samarium-Doped Hydroxyapatite—Biomimetic Nanoceramics for Bone Regeneration Applications. Biomimetics, 2024. 9(6): p. 309.
5. Radulescu, D.-E., et al., Latest research of doped hydroxyapatite for bone tissue engineering. International Journal of Molecular Sciences, 2023. 24(17): p. 13157.
6. Liu, X., et al., Investigation of Different Apatites-Supported Co 3 O 4 as Catalysts for N 2 O Decomposition. Catalysis Surveys from Asia, 2021. 25: p. 168-179.
7. Kazuz, A., et al., α-Tricalcium phosphate/fluorapatite based composite cements: Synthesis, mechanical properties, and biocompatibility. Ceramics International, 2020. 46(16): p. 25149-25154.
8. Bose, S., et al., Thermal oxide layer enhances crystallinity and mechanical properties for plasma-sprayed hydroxyapatite biomedical coatings. ACS applied materials & interfaces, 2020. 12(30): p. 33465-33472.
9. Bhadang, K., et al., Biological responses of human osteoblasts and osteoclasts to flame-sprayed coatings of hydroxyapatite and fluorapatite blends. Acta biomaterialia, 2010. 6(4): p. 1575-1583.
10. Khvostov, M.V., et al., The influence of zinc and silicate ions on biological properties of hydroxyapatite synthesized by a mechanochemical method. Ceramics International, 2021. 47(7): p. 9495-9503.
11. Basar, B., et al., Improvements in microstructural, mechanical, and biocompatibility properties of nano-sized hydroxyapatites doped with yttrium and fluoride. Ceramics International, 2010. 36(5): p. 1633-1643.
12. Aina, V., et al., Sr-containing hydroxyapatite: morphologies of HA crystals and bioactivity on osteoblast cells. Materials Science and Engineering: C, 2013. 33(3): p. 1132-1142.
13. Pajchel, L. and L. Borkowski, Solid-State NMR and Raman Spectroscopic Investigation of Fluoride-Substituted Apatites Obtained in Various Thermal Conditions. Materials, 2021. 14(22): p. 6936.
14. Ratnayake, J., et al., A Porous Fluoride-Substituted Bovine-Derived Hydroxyapatite Scaffold Constructed for Applications in Bone Tissue Regeneration. Materials, 2024. 17(5): p. 1107.
15. Silveira, P.H.P.M.d., et al., Synthesis and characterization of lithium fluoride-doped hydroxyapatite by aqueous precipitation. CONTRIBUCIONES A LAS CIENCIAS SOCIALES, 2024.
16. Ferizoli, B., et al., Effects of fluoride on in vitro hydroxyapatite demineralisation analysed by 19F MAS-NMR. Frontiers in Dental Medicine, 2023. 4: p. 1171827.
17. Yin, X., et al., Solubility, mechanical and biological properties of fluoridated hydroxyapatite/calcium silicate gradient coatings for orthopedic and dental applications. Journal of Thermal Spray Technology, 2020. 29: p. 471-488.
18. Miyazaki, T. and S. Muroyama, Factors governing the fluorination of hydroxyapatite by an ionic liquid. Ceramics International, 2021. 47(11): p. 16225-16231.
19. Han, H., et al. Study on the effect and mechanism of NaOH on the modification of fluorapatite: A new method of preparing fluor-hydroxyapatite. in Journal of Physics: Conference Series. 2023. IOP Publishing.
20. Charlena, C., Y.W. Sari, and W. Islamia, VARIATION OF SINTERING TEMPERATURE IN THE SYNTHESIS OF FLUORAPATITE FROM SNAIL SHELLS (Achatina fulica) USING THE SOL-GEL METHOD. Indonesian Journal of Pure and Applied Chemistry, 2023. 6(3): p. 151-162.
21. Gyulasaryan, H., et al., Combustion synthesis of magnetic nanomaterials for biomedical applications. Nanomaterials, 2023. 13(13): p. 1902.
22. Golubchikov, D., et al., Powder synthesized from aqueous solution of calcium nitrate and mixed-anionic solution of orthophosphate and silicate anions for bioceramics production. Coatings, 2023. 13(2): p. 374.
23. Ghamri, N., et al., Effect of thermal treatment on the structural, morphological, and chemical properties of apatite bioceramicsmaterials. Digest Journal of Nanomaterials & Biostructures (DJNB), 2023. 18(2).
24. Kokubo, T. and H. Takadama, How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity? Biomaterials, 2006. 27(15): p. 2907-2915.
25. Castaldi, P., et al., Sorption processes and XRD analysis of a natural zeolite exchanged with Pb2+, Cd2+ and Zn2+ cations. Journal of Hazardous Materials, 2008. 156(1-3): p. 428-434.
26. Liao, C.-J., et al., Thermal decomposition and reconstitution of hydroxyapatite in air atmosphere. Biomaterials, 1999. 20(19): p. 1807-1813.
27. Li, X., et al., Microwave polyol synthesis of Pt/CNTs catalysts: effects of pH on particle size and electrocatalytic activity for methanol electrooxidization. Carbon, 2005. 43(10): p. 2168-2174.
28. Kim, M.-S., et al., Effect of pH on electrocatalytic property of supported PtRu catalysts in proton exchange membrane fuel cell. Catalysis Today, 2010. 158(3-4): p. 354-360.
29. Mohebbi, H., T. Ebadzadeh, and F. Hesari, Synthesis of nano-crystalline (Ni/NiO)–YSZ by microwave-assisted combustion synthesis method: the influence of pH of precursor solution. Journal of Power Sources, 2008. 178(1): p. 64-68.
30. Wang, D., J. Xia, and S. Zhang, Microstructure of nano precursors of La-Mg hydrogen storage alloy synthesized by sol-gel technology at different pH values. Rare Metals, 2012. 31: p. 466-469.
31. Ye, S., et al., pH value manipulated phase transition, microstructure evolution and tunable upconversion luminescence in Yb 3+–Er 3+ codoped LiYF 4/YF 3 nanoparticles. Dalton Transactions, 2015. 44(35): p. 15583-15590.
32. Yu, L.-G., et al., Effect of spark plasma sintering on the microstructure and in vitro behavior of plasma sprayed HA coatings. Biomaterials, 2003. 24(16): p. 2695-2705.
33. Witoon, T., T. Permsirivanich, and M. Chareonpanich, Chitosan-assisted combustion synthesis of CuO–ZnO nanocomposites: effect of pH and chitosan concentration. Ceramics International, 2013. 39(3): p. 3371-3375.
34. Kantha, P., et al., Influence of thermal treatment temperature on phase formation and bioactivity of glass-ceramics based on the SiO2-Na2O-CaO-P2O5 system. Key Engineering Materials, 2019. 798: p. 229-234.
35. Denry, I., J. Holloway, and P. Gupta, Effect of crystallization heat treatment on the microstructure of niobium‐doped fluorapatite glass‐ceramics. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials, 2012. 100(5): p. 1198-1205.
36. Shamsudin, Z., et al., Characterisation of thermo-mechanical properties of MgO–Al 2 O 3–SiO 2 glass ceramic with different heat treatment temperatures. Journal of materials science, 2011. 46: p. 5822-5829.
37. Wei, C., et al., Dissolution and solubility of hydroxylapatite and fluorapatite at 25oC at different pH. Research Journal of Chemistry and Environment, 2013. 17: p. 11.
