Preview

Journal of Advanced Materials and Technologies

Расширенный поиск

Синтез и свойства твердых растворов гидроксиапатит – фторапатит

https://doi.org/10.17277/jamt.2023.02.pp.120-129

Аннотация

Твердые растворы фторзамещенного гидроксиапатита кальция составов Ca10(PO4)6(OH)2–xFx, x = 0,0;

0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 получены при взаимодействии Ca10(PO4)6(OH)2, Ca3(PO4)2 и СаF2 в ходе твердофазной реакции синтеза при 1200 °С в течение 3 ч на воздухе. Продукты синтеза идентифицировали с использованием рентгенофазового и рентгенофлуоресцентного анализов, инфракрасной и импедансной спектроскопии.  По результатам рентгенофазового анализа синтезированные твердые растворы обладали структурой гексагонального апатита, крайние члены ряда твердых растворов отвечали стандартам JCPDS (Ca10(PO4)6(OH)2 – № 9-0432; Ca10(PO4)6F2 – № 00-003-0736). Колебательные спектры твердых растворов соответствовали структуре апатита с характерными полосами поглощения тетраэдров РО43–, ОН-групп; рост содержания фтора в твердых растворах сопровождался типичным смещением полосы 631 см–1 в область больших значений волновых чисел,  а интенсивность ее последовательно снижалась. С ростом содержания фтора в твердых растворах на частоте 1 кГц тангенс угла диэлектрических потерь не претерпевал значительных изменений, а диэлектрическая проницаемость незначительно снижалась. На основе результатов физико-химического анализа определены фундаментальные взаимосвязи «состав – структура – свойства» для исследованных продуктов синтеза, проведена оценка влияния состава и условий синтеза на кристаллографические (параметры элементарной ячейки) и электрические (диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь, проводимость) характеристики синтезированных твердых растворов. Твердые растворы фторзамещенного гидроксиапатита кальция перспективны для использования в медицинской практике.

Об авторах

Н. А. Захаров
Институт общей и неорганической химии РАН
Россия

Захаров Николай Алексеевич, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, 

Ленинский пр., 31, Москва, 119991.



А. Д. Алиев
Институт физической химии и электрохимии РАН
Россия

Алиев Али Джавадович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, 

Ленинский пр., 31, корп. 4, Москва, 119071.



В. В. Матвеев
Институт физической химии и электрохимии РАН
Россия

Матвеев Владимир Васильевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, 

Ленинский пр., 31, корп. 4, Москва, 119071.



М. Р. Киселев
Институт физической химии и электрохимии РАН
Россия

Киселев Михаил Романович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, 

Ленинский пр., 31, корп. 4, Москва, 119071.



Е. М. Коваль
Институт общей и неорганической химии РАН
Россия

Коваль Елена Михайловна, научный сотрудник,

Ленинский пр., 31, Москва, 119991.



Е. В. Шелехов
Национальный исследовательский технологический университет МИСИС
Россия

Шелехов Евгений Владимирович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, 

Ленинский пр., 4, стр. 1., Москва, 119049.



Л. В. Гоева
Институт общей и неорганической химии РАН
Россия

Гоева Людмила Викторовна, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, 

Ленинский пр., 31, Москва, 119991.



Т. В. Захарова
Российский университет транспорта (МИИТ)
Россия

Захарова Татьяна Владимировна, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, 

ул. Образцова, 9, стр. 9, Москва, 127994.



Список литературы

1. Kitaev VM, Kitaev SV, Bronov OYu. Radiation diagnostics of bone tissue pathology. Мoscow: MEDpressinform, 2022. 184 p. (In Russ.)

2. Vallet-Regi M. Bio-ceramics with clinical applications. USA: John Wiley & Sons; 2014. p. 17-22.

3. Baino F, Novajra G, Vitale-Brovarone C. Bioceramics and scaffolds: a winning combination for tissue engineering. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2015;3:202-222. DOI: 10.3389/fbioe.2015.00202

4. Pajor K, Pajchel L, Kolmas J. Hydroxyapatite and fluorapatite in conservative dentistry and oral implantology – a review. Materials. 2019;12(17):26832699. DOI: 10.3390/ma12172683

5. Dorozhkin SV. Calcium orthophosphate (CaPO4)based bioceramics: preparation, properties, and applications. Coatings. 2022;12(10):1-89. DOI: 10.3390/coatings12101380

6. Ippolitov YA, Plotnikova YA, Seredin PV. Hygienic aspects of endo- and exogenic methods of prevention of caries and their efficiency in the remineralization of teeth enamel. Gigiyena i Sanitariya. 2018;97(8):710-713. DOI: 10.18821/0016-9900-2018-97-8-710-713 (In Russ.)

7. de Groot K. Bioceramics consisting of calcium phosphate salts. Biomaterials. 1980;1(1):47-50. DOI: 10.1016/0142-9612(80)90059-9

8. Feroz S, Khan AS. Fluoride-substituted hydroxyapatite. In: Khan AS, Chaudhry AA. (eds.) Handbook of Ionic Substituted Hydroxyapatites. Woodhead Publishing; 2020. p. 175-196. DOI: 10.1016/b978-0-08-102834-6.00007-0

9. World Health Organization, Guidelines for drinking-water quality. Geneva; 2011. 564 p. Available from: https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/44584/9789241548151_eng.pdf?sequence=1 [Accessed 15 February 2023]

10. Borisova EG, Komova AA, Ermolovich AA, et al. Caries resistance of enamel. Modern view on prevention of dental caries. Mediko-farmatsevticheskiy zhurnal "Pul′s" = Medical & Pharmaceutical Journal "Pulse". 2019;21(12):16-21. DOI: 10.26787/nydha-2686-6838-2019-21-12-16-21 (In Russ.)

11. Shchapova YV, Votyakov SL, Mikhalevsky GB, et. al. Inpurity luminescence centers in fluorapatite from quartz-bearing paragenesis according to photo-, cathode- and synchrotron-indused luminescence. Geodynamics & Techtonophysics. 2022;13(3):0610. DOI: 10.5800/GT-2022-13-2s-0610

12. Stanić V, Dimitrijević S, Antonović DG, Jokić BM, Zec SP, Tanasković ST, Raičević S. Synthesis of fluorine substituted hydroxyapatite nanopowders and application of the central composite design for determination of its antimicrobial effects. Applied Surface Science. 2014;290: 346-352. DOI: 10.1016/j.apsusc.2013.11.081

13. Wang L, He S, Wu X, Liang S, Mu Z, Wei J, Deng F, Deng Y, Wei S. Polyetheretherketone/nanofluorohydroxyapatite composite with antimicrobial activity and osseointegration properties. Biomaterials. 2014;35: 6758-6775. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2014.04.085

14. Youness RA, Taha MA, Ibrahim M. In vitro bioactivity, physical and mechanical properties of carbonated-fluoroapatite during mechanochemical synthesis. Ceramics International. 2018;44(17):21323-21329. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.08.184

15. Milligan RS. Feature of apatite in kimberlite from ekaite mine diamond and lake: modeling kimbetlite composition. Dalhousie University: Halifax, Nova Scotia; 2017. p. 1-86.

16. Pan Y, Fleet ME. Compositions of the apatitegroup minerals: substitution mechanisms and controlling factors. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 2002;48(1):13-49. DOI: 10.2138/rmg.2002.48.2

17. Ptáček P. Rare-earth element-bearing apatites and oxyapatites. Apatites and their Synthetic Analogues. 2016;475:408-414. DOI: 10.5772/62209

18. Stockli D, Boyd P, Galster F. Intra-grain common Pb correction in apatite by LA-ICP-MS depth profiling and implications for detrital apatite U-Pb dating. EGU General Assembly. 2017;19:2017-12225. DOI: 10.1016/j.ceramint.2010.02.033

19. Evis Z, Sun ZP. Structural and mechanical investigations of magnesium and fluoride doped nanosize calcium phosphates. Journal of Ceramic Processing Research. 2010;11:701-715.

20. Akhmedbeyli RM. Microhardness of enamel and dentine on temporary and permanent teeth formed with fluoride-iodine deficiency. Kazanskiy meditsinskiy zhurnal. 2018;99(4):22-32. DOI: 10.17816/KMJ2018-625 (In Russ.)

21. Hussin MS, Abdullah HZ, Izwana Idris MI. Extraction of natural hydroxyapatite for biomedical applications – a review. Heliyon. 2022;8(8):1-11. DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e10356

22. Pajor K, Pajchel L, Kolmas J. Hydroxyapatite and fluorapatite in conservative dentistry and oral implantology – A Review. Materials. 2019;12(17):2683-2689. DOI: 10.3390/ma12172683

23. Eliaz N, Metoki N. Calcium phosphate bioceramics: a review of their history, structure, properties, coating technologies and biomedical applications. Materials. 2017;10:334-337. DOI: 10.3390/ma10040334

24. Ptáček P. Substituents and dopants in the structure of apatite. Materials Science, Geology. 2016;13:19-33. DOI: 10.5772/62213

25. Okazaki M, Miake Y, Tohda H, Yanagisawa T, Matsumoto T, Takahashi J. Functionally graded fluoridated apatites. Biomaterials. 1999;20:1421-1426. DOI: 10.1016/s0142-9612(99)00049-6

26. Seyedmajidi S, Seyedmajidi S, Alaghehmand H. Synthesis and characterization of hydroxyapatite/bioactive glass nanocomposite foam and fluorapatite/bioactive glass nanocomposite foam by gel casting method as cell scaffold for bone tissue. Eurasian Journal of Analytical Chemistry. 2018;13(2):1-15. DOI: 10.29333/ejac/85078

27. Gyotoku H, Azuma Y, Furuzono T. Evaluation of fluorinated hydroxyapatite nanoparticles as an antibacterial material for catheter coating. Renal Replacement Therapy. 2020;6(3):2-8. DOI: 10.1186/s41100-019-0251-6

28. Dorozhkin SV. Nanometric calcium orthophosphates (CaPO4): preparation, properties and biomedical applications. Advanced Nano-Bio-Materals and Devices. 2020;3(4):421-513.

29. Rodicheva GV, Orlovsky VP, Romanova NM. Synthesis and physicochemical study of carbonate hydroxyapatites. Zhurnal neorganicheskoy khimii = Russian Journal of Inorganic Chemistry. 1996;41(5):754-757. (In Russ.)

30. Massit A, Yacoubi A, Rezzouk A, et al. Thermal behavior of Mg-doped calcium-deficient apatite and stabilization of β tricalcium phosphate. Biointerface Research in Applied Chemistry. 2020;10(6):6837-6845. DOI: 10.33263/BRIAC106.68376845

31. Shafiei F, Behroozibakhsh M, Moztarzadeh F. Nanocrystalline fluorine-substituted hydroxyapatite [Ca5(PO4)3(OH)1−xFx(0≤x≤1)] for biomedical applications: preparation and characterization. Micro & Nano Letters. 2013;7(2):109-114. DOI: 10.1049/mnl.2011.0533

32. Gao Y, Karpukhina N, Law RV. Phase segregation in hydroxyfluorapatite solid solution at high temperatures studied by combined XRD/solid state NMR. RSC Advances. 2016;6:103782-103790. DOI: 10.1039/c6ra17161c

33. Elliott JC. Structure and chemistry of the apatites and other calcium orthophosphates. Studies in Organic Chemistry. 1994;18:94008066-94008066.

34. Smolegovsky AM. History of crystal chemistry of phosphates. Мoscow: Nauka; 1986. p. 49–98. (In Russ.)

35. Avakyan LA, Paramonova EA, Coutinho J. Optoelectronics and defect levels in hydroxyapatite by first-principles. Electronic. 2018;26:1-14. DOI: 10.1063/1.5025329

36. Takahashi T, Tanase S, Yamamoto O. Electrical conductivity of some hydroxyapatites. Electrochimica Acta. 1978;23(4):369-373. DOI: 10.1016/0013-4686(78)80076-0

37. Alkhazali A, Etier M, Aljarrah M, Momani HA, Salman F. Structural, thermal and electrical properties of ionic conductors (AgPO3)1–x(Ag2SO4)x glass systems. International Journal of Microstructure and Materials Properties. 2019;14(6):536. DOI: 10.1504/IJMMP.2019.103182

38. Demirel B, Saban E, Yaras A, Akkurt F. Synthesis of Gd+3 doped hydroxyapatite ceramics: optical, thermal and electrical properties. Journal of Asian Ceramic Societies. 2021;9(3):865-873. DOI: 10.1080/21870764.2021.1920160

39. Bystrova A, Dekhtyar Y, Sapronova A, Bystrov VS, Pullar RC, et al. Study of polar and electrical properties of Hydroxyapatite: Modeling and data analysis. 2013 Joint IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectric and Workshop On Piezoresponse Force Microscopy (ISAF/PFM). 2013;100-103. DOI: 10.1109/ISAF.2013.6748702

40. Aljerf L, Choukaife AE. Hydroxyapatite and fluoroapatite behavior with pH change. International Medical Journal. 2017;24(5):407-410. DOI: 10.1006/jssc.2000.8958

41. -Doi K, Abe Y, Kobatake R, Okazaki Y, Oki Y, et al. Novel development of phosphate treated porous hydroxyapatite. Materials. 2017;10(12):1405. DOI: 10.3390/ma10121405


Рецензия

Для цитирования:


Захаров Н.А., Алиев А.Д., Матвеев В.В., Киселев М.Р., Коваль Е.М., Шелехов Е.В., Гоева Л.В., Захарова Т.В. Синтез и свойства твердых растворов гидроксиапатит – фторапатит. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2023;8(2):120-129. https://doi.org/10.17277/jamt.2023.02.pp.120-129

For citation:


Zakharov N.A., Aliev A.D., Matveev V.V., Kiselev M.R., Koval E.M., Shelechov E.V., Goeva L.V., Zakharova T.V. Synthesis and properties of hydroxyapatite – fluorapatite solid solutions. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2023;8(2):120-129. https://doi.org/10.17277/jamt.2023.02.pp.120-129

Просмотров: 24

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-2192 (Print)
ISSN 2782-2206 (Online)