Журнал неорганической химии, 2022, T. 67, № 1, стр. 127-136

Биостекло 45S5, легированное диоксидом циркония: получение и свойства

Д. Н. Грищенко a*, Е. Э. Дмитриева a, А. Н. Федорец b, М. А. Медков a

a Институт химии ДВО РАН
690022 Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159, Россия

b Дальневосточный федеральный университет
690922 Владивосток, о. Русский, п. Аякс, 10, Россия

* E-mail: grishchenko@ich.dvo.ru

Поступила в редакцию 02.06.2021
После доработки 06.07.2021
Принята к публикации 17.07.2021

Аннотация

Предложен метод синтеза биоактивного стекла и стеклокерамики легированием Bioglass 45S5 диоксидом циркония. Метод основан на пиролизе смеси органических растворов, содержащих олеат натрия, олеат кальция, тетраэтоксисилан, трибутилфосфат и олеат цирконила. Легирование проведено в широком диапазоне (5–60 мас. % ZrO2). Влияние диоксида циркония на свойства стекла исследовано методами рентгенофазового анализа, рентгеноэлектронной микроскопии, “экстремальных растворов”, погружения в SBF. Установлено, что легирование меняет физические и химические свойства Bioglass 45S5. Рентгеноаморфное состояние и пониженная химическая растворимость сохраняются при содержании диоксида циркония в стекле до 10 мас. %. Легирование свыше 10 мас. % частично выводит натрий и кремний из сетки стекла в нерастворимую кристаллическую фазу, что приводит к увеличению химической растворимости получившейся стеклокерамики. При этом потери биоактивных свойств материала не происходит. Предложен способ получения плотной стеклокерамики на основе ZrO2, где биоактивной фазой выступает Bioglass 45S5. Материал обладает прочностью >450 МПа и может найти применение в восстановительной хирургии в качестве нагружаемых имплантов.

Ключевые слова: биоактивное стекло, стеклокерамика, диоксид циркония, пиролиз органических растворов

Список литературы

  1. Prasad S., Datta S., Adarsh T. et al. // J. Non-Cryst. Solids. 2018. V. 498. P. 204. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2018.06.027

  2. Deliomanli A.M., Yildirim M. // J. Austral. Ceram. Soc. 2016. V. 52. № 2. P. 9. md5:7cea23b06c018a3c17bbcd7e93b59f12

  3. Furlan R.G., Correr W.R., Costa Russi A.F. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2018. V. 88. № 1. P. 181. https://doi.org/10.1007/s10971-018-4806-8

  4. Jie Q., Lin K., Zhong J. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2004. V. 30. № 1. P. 49. https://doi.org/10.1023/B:JSST.0000028196.09929.a3

  5. Wu C., Miron R., Sculean A. et al. // Biomaterials. 2011. 32. № 29. P. 7068. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.06.009

  6. Yang Q., Chen S., Shi H. et al. // Mater. Sci. Eng., C. 2015. V. 55. P. 105. https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.05.049

  7. Бучилин Н.В., Строганова Е.Е. // Стекло и керамика. 2008. № 8. С. 8.

  8. Chen Q.Z., Thompson I.D., Boccacini A.R. // Biomaterials. 2006. V. 27. P. 2414.

  9. Hench L., Jones J. Biomaterials, Artificial Organs and Tissue Engineering. Woodhead Publishing, 2005. 304 p.

  10. Silver I.A., Deas J., Erecinska M. // Biomaterials. 2001. V. 22. № 2. P. 175. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S0142-9612(00)00173-3

  11. Ahmed I., Lewis M., Olsen I., Knowles J.C. // Biomaterials. 2004. V. 25. P. 491. https://doi.org/10.1016/S0142-9612(03)00546-5

  12. Navarro M., Ginebra M.-P., Clement J. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2003. V. 86. P. 1345. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2003.tb03474.x

  13. Gentleman E., Fredholm Y.C., Jell G. et al. // Biomaterials. 2010. V. 31. № 14. P. 3949. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2010.01.121

  14. Cacciotti I. // J. Mater. Sci. 2017. V. 52. P. 8812. https://doi.org/10.1007/s10853-017-1010-0

  15. Zhu Y., Zhang Y., Wu C. et al. // Microporous Mesoporous Mater. 2011. V. 143. № 2–3. P. 311. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2011.03.007

  16. Tallia F., Gallo M., Pontiroli L. et al. // Mater. Lett. 2014. V. 130. P. 281. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.05.062

  17. Yin P., Yuan J.-W., Liu L.-H. et al. // Ceram. Int. 2017. V. 43. № 13. P. 9691. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.04.143

  18. Kang T.-Y., Seo J.-Y., Ryu J.-H. et al. // J. Biomed. Mater. Res. 2021. V. 109. P. 1196. https://doi.org/10.1002/jbm.a.37113

  19. Mondal D., So-Ra S., Lee B.-T. // J. Mater Sci. 2013. V. 48. № 5. P. 1863. https://doi.org/10.1007/s10853-012-6956-3

  20. Kokubo T., Takadama H. // Biomaterials. 2006. V. 27. № 15. P. 2907. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2006.01.017

  21. Medkov M.A., Grishchenko D.N., Dmitrieva E.E., Kudryavyi V.G. // Theor. Found. Chem. Eng. 2020. V. 54. № 4. P. 1005. https://doi.org/10.1134/S0040579520050188

  22. Zhao C., Liu L., Qi X. et al. // Adv. Energy Mater. 2018. V. 8. P. 1703012. https://doi.org/10.1002/aenm.201703012

  23. Jalalian-Khakshour A., Phillips C.O., Jackson L., et al. // J. Mater Sci. 2020. V. 55. P. 2291. https://doi.org/10.1007/s10853-019-04162-8

  24. Niyompan A., Holland D. // J. Non-Cryst. Solids. 2001. V. 293. № 1. P. 709. https://doi.org/10.1016/S0022-3093(01)00781-5

  25. Riaz M., Zia R., Saleemi F., et al. // Mater. Sci. Poland. 2016. V. 34. № 1. P. 13. https://doi.org/10.1515/msp-2016-0013

  26. Sakthi Prasad S., Itishree Ratha, Tarun Adarsh, et al. // J. Mater. Res. 2018. V. 33. № 2. P. 178.

  27. Magyari K., Stefan R., Vulpoi A., Baia L. // J. Non-Cryst. Solids. 2015. V. 410. P. 112. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2014.11.033

  28. Medkov M.A., Grishchenko D.N. Radiopaque bioactive glasses: preparation and properties. “Scientific research of the SCO countries: synergy and integration”. February 11-12, 2019. Beijing, PRC Part 1 – Reports in English. P. 128.

  29. Grishchenko D.N., Slobodyuk A.B., Kuryavyi V.G., Medkov M.A. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 10. P. 1606. [Грищенко Д.Н., Слободюк А.Б., Курявый В.Г., Медков М.А. // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 10. С. 1408.]https://doi.org/10.1134/S0036023620100083

Дополнительные материалы отсутствуют.