Доповідач студентка 3 курсу Смородська О М Науковий

Доповідач: студентка 3 курсу Смородська О. М. Науковий керівник: Суходуб Л. Ф. , проф. , д. ф. -м. н. , член-кор. НАН України

Метою даної роботи було синтез та дослідження фізико-механічних та структурних властивостей отриманих нанокомпозитних матеріалів на основі біополімерів хітозану, альгінату та дрібнодисперсного гідроксиапатиту. Завданням роботи було синтезувати нанокомпозитні матеріали на основі біополімерів хітозану, альгінату та дрібнодисперсного гідроксиапатиту, дослідити пористість, набухання, межу міцності, модуль пружності при стисненні та біосумісність отриманих зразків.

Структура науково-виробничої лабораторії «Біонанокомпозит» БІОНАНОКОМПОЗИТ наук. кер. – член-кор. НАНУ СУХОДУБ Л. Ф. Наноструктуровані біоматеріали та покриття Нанобіокераміка (к. х. н. Суходуб Л. Б. ) Наночастинки металів (проф. Опанасюк А. С. , ) Нанокомпозити (член-кор. НАНУ Суходуб Л. Ф. ) Покриття (проф. Погребняк О. Д, ) Са. Р цементи “Zn. O-біомолекула” структури Са-дефіцитний ГА з хітозаном та Ag Термодепозиція Са. Р фаз Drug-loaded Ca. P матеріали Пористий Ті Магнітні акрилові гідрогелі Магнетронне розпилювання Біфазні Са. Р матеріали Інші НЧ металів “Хітозан-ГА-Мет НЧ” - структури Діпінг-технологія

МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ

Матеріали Для синтезу були використатні комерційні матеріали:

Нанодисперсний гідроксиапатит (хімічна формула – Са 10(РО 4)6(ОН)2) синтезований шляхом осадження з суміші водних розчинів солей нітратної і фосфорної кислот. Взаємодія між реагентами відбувається за реакцією: 10 Ca(NO 3)2 + 6(NH 4)2 HPO 4 + 8 NH 4 OH = Ca 10(PO 4)6(OН)2 + 20 NH 4 NO 3 +6 H 2 O

Дослідження механічних властивостей (стиснення) проводилось на базі Української медичної стоматологічної академії в м. Полтава на деформаційній машині МРК-1. На рис. 1 зображено схему деформаційної установка МРК-1, гвинтового типу, яка призначена для дослідження механічних властивостей матеріалів шляхом їх квазістатичного навантаження з постійною швидкістю з автоматичним записом діаграм. Рисунок 1 – Схема деформаційної установки МРК-1

(1) (2)

Для дослідження біоактивності отриманих композиційних матеріалів in vitro був використаний розчин SBF, який за складом неорганічних компонентів близький до сироватки людської крові. Даний розчин включає іони Na+, K+, Ca 2+, HCO 3‑, HPO 42 - , SO 42 -. Наважки композиційних матеріалів однакової маси були опущені в розчин SBF, витримувались в сушильній шафі при 37 о. С протягом місяця. Визначення р. Н здійснювалося через кожні 6 діб за допомогою р. Н-метра р. Н-150 МІ.

Для визначення пористості отриманих композиційних матеріалів пористий зразок масою m 0 поміщали в мірний циліндр, що містить відомий об’єм етанолу (V 1), і витримували протягом 30 хв. Об’єм етанолу з зануреним зразком відповідає V 2. Потім зразок, в пори якого проник етанол, витягували з циліндра, зважували (m 1) і відзначали об’єм спирту, що залишився (V 3). Пористість (П) розраховували за формулою: де ρет – густина етанолу

Рівноважний ступінь набухання композиційних матеріалів вивчали ваговим методом. Для цього висушені зразки заливали надлишком дисперсійного середовища і ставили в термостат при заданій температурі. Через 24 год зразки діставали, фільтрувальним папером видаляли надлишок рідини з поверхні та зважували з точністю до четвертого знака на вагах. Розрахунок рівноважного ступеня набухання Q проводили за формулою: (5) де m 0 – маса сухого зразку, г; m – маса зразку, що набухнув до рівноважного стану, г.

Дифрактометр рентгенівський загального призначення ДРОН-4 Рентгеноструктурний аналіз проводили за допомогою рентгенівського дифрактометра загального призначення ДРОН-4.

ОТРИМАНІ РЕЗУЛЬТАТИ

Гранульовані ГА-Альгінатні частинки

Результати рентгеноструктурного аналізу показали (рис. 2 а-е), що основною фазою є дрібнодисперсний ГА (JCPDS 9 -432). На рентгенограмах зразків ГА+полімер+Zr. O 2 присутній основний пік фази Zr. O 2 (JCPDS 86 -1450). Ці дані свідчать про відсутність хімічної взаємодії між присутніми речовинами.

Рис. 2 a-e. Рентгенограми окремих компонентів та отриманих ГА-полімерних композиційних матеріалів; ● – головні піки ГА, ○ – головний пік Zr. O 2 Рис. 2 а Рис. 2 b Рис. 2 e Рис. 2 c Рис. 2 d

Біоактивність композиційних матеріалів визначалась аналізом зміни значення р. Н розчину SBF, в якому протягом 25 днів при температурі 37 о. С знаходились досліджувані зразки. В якості контролю був обраний чистий розчин SBF. Якщо матеріал біосумісний, то він створює центри кристалізації для новоутворення кальцій фосфатів на своїй поверхні або розчиняється, слугуючи джерелом іонів для побудови нової кістки.

Оскільки графіки вимірювань значень р. Н зразків подібні між собою, наведемо графік зразку Альгінат + ГА (рис. 3). Різка зміна значення р. Н протягом досліджуваного періоду свідчить про взаємодію композитного матеріалу з оточуючим середовищем. На відміну від нього практично не відбувається змін у контрольному зразку (рис. 3 б). Рисунок 3 – Дослідження біоактивності композиційних матеріалів in vitro: а) Альгінат + ГА; б) розчин SBF

Отримані дані щодо ступеню набухання та пористості досліджуваних зразків, які обумовлені наявністю у складі отриманих речовин органічних полімерів (рис. 4 ). Набухання отриманих зразків відбувається за рахунок поглинання рідини полімером та пористості матеріалу.

Виходячи з порівняння даних гістограми можна сказати, що основну частку в ступінь набухання більшості отриманих зразків вносить полімерна складова, в той час як набухання зразків ПВС + ГА та Ch+ ГА+Zr. O 2 в більшій мірі відбувається за рахунок пористості, оскільки ступені набухання та пористості даних композитних матеріалів приблизно рівні. Серед усіх отриманих зразків найбільшим ступенем набухання характеризуються зразки Alg+Ch+ГА та Alg+Ch+ГА+Zr. O 2; значення ступеня набухання в 4 -5 разів перевищує значення пористості даних матеріалів. Також треба відмітити, що присутність оксиду цирконію знижує ступінь набухання отриманих зразків, в водночас підвищуючи пористість даних композитних матеріалів. Рис. 4. Ступінь набухання та пористість досліджуваних зразків

Примітка: * - всі досліджені полімери були застосовані у формі водних розчинів з концентрацією 3 мас. %; ** - ГА був застосований у формі висушеного при 37 о. С дрібнодисперсного порошку. Табл. 1. Механічні характеристики композиційних матеріалів.

В результаті обчислень було з’ясовано, що найвищу межу міцності 4, 07, 3, 10, 4, 80 та 3, 50 МПа мають зразки Хітозан +ГА, КМЦ+ГА, Хітозан+ГА+5%Zr. O 2 та КМЦ+ГА+5%Zr. O 2 відповідно. Порівнюючи механічні властивості при випробуваннях на стиск, можна сказати, що максимальний модуль пружності 220, 4, 253, 2 та 157, 38 мають зразки Альгінат+ГА, Хітозан 3%+ ГА та Хітозан+ГА+5%Zr. O 2 відповідно. Встановлено, що додавання оксиду цирконію до таких зразків як КМЦ+ГА+5%Zr. O 2, ПВС+ГА+5%Zr. O 2 та (0, 5 мас. ч. Альгінат +0, 5 мас. ч. Хітозан)+ГА+ 5%Zr. O 2 підвищує значення модуля пружності і межі міцності даних матеріалів. На відміну, у зразках Альгінат + ГА+5%Zr. O 2 і Хітозан + ГА+5%Zr. O 2 відбулося зниження механічних показників в порівнянні із зразками без Zr. O 2, що потребує додаткових досліджень.

ДЯКУЮ ЗА УВАГУ!