Дослідження кінетики адсорбції парів води на біокомпозитах гідроксиапатит/магнетит/хітозан
Анотація
Робота присвячена дослідженню морфології та адсорбційних властивостей порошкових композитів на основі біогенного гідроксиапатиту, модифікованого магнетитом (1, 5, 25, 50 % мас. складу) різних типів (методів синтезу) та хітозаном. Морфологія порошків, оцінена за допомогою мікрофотографій СЕМ та програмного забезпечення АМІС, характеризується рівномірним розподілом частинок за розміром та формою. Встановлено, що застосування магнетиту, синтезованого хімічним осадженням у кількості 1-5 % дозволяє отримати композиційні матеріали з розміром частинок у більш вузькому розмірному інтервалі. Аналіз кінетики адсорбційно-десорбційних процесів показав, що адсорбція парів води напряму пов’язана зі співвідношенням гідроксиапатиту і магнетиту, збільшуючись з підвищенням вмісту магнетиту. Крім того, показано, що для композитів, модифікованих магнетитом, отриманим методом хімічного осадження, процес адсорбції протікає рівномірно, тоді як для композитів, у складі яких магнетит, отриманий методом термолізу, характерними є три послідовні етапи адсорбційного процесу: швидкий лінійний приріст маси, поступове гальмування процесу адсорбції та стабілізація маси матеріалу. Оцінка приросту маси також вказує на зв’язок зі співвідношенням гідроксиапатиту і магнетиту, збільшуючись з ростом вмісту магнетиту, що підтверджує наявність фізико-хімічних процесів взаємодії молекул газу з активними центрами молекул досліджуваних матеріалів. За допомогою ДТГА також показано, що тип магнетиту у кількості понад 25 % суттєво впливає на втрату маси композитів при термообробці до 1000 °С, що пов’язано з вихідними характеристиками застосованого магнетиту. Представлені результати у поєднанні з попередньо отриманими фізико-механічними та біохімічними властивостями свідчать про перспективність композиційних матеріалів біогенний гідроксиапатит/магнетит/хітозан для медицини.
Посилання
1. Dileep Kumar V.G., Sridhar M.S., Aramwit P., Krut'ko V., Musskaya O., Glazov I.E., Reddy N. A review on the synthesis and properties of hydroxyapatite for biomedical applications. J Biomater Sci Polym Ed. 2022. 33(2):239. https://doi.org/10.1080/09205063.2021.1980985
2. Swain S.K. and Sarkar D. Study of BSA protein adsorption/release on hydroxyapatite nanoparticles. Appl. Surf. Sci. 2013. 286:99. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.09.027
3. Son J.S., Appleford M., Ong J.L., Wenke J.C., Kim J.M.,. Choi S.H,. Oh D.S. Porous hydroxyapatite scaffold with three-dimensional localized drug delivery system using biodegradable microspheres. J. Controlled Release. 2011. 153(2):138. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2011.03.010
4. Szałaj U., Świderska-Środa A., Chodara A., Gierlotka S., Łojkowski W. Nanoparticle size effect on water vapour adsorption by hydroxyapatite. Nanomater. 2019. 9(7):1005. https://doi.org/10.3390/nano9071005
5. Dry M.E., Beebe R.A. Adsorption studies on bone mineral and synthetic hydroxyapatite. J. Phys. Chem. 1960. 29:1301.
6. Balasooriya I.L., Chen J., Korale Gedara S.M., Han Y., Wickramaratne M.N. Applications of nano hydroxyapatite as adsorbents: A review. Nanomater. 2022. 12(14):2324. https://doi.org/10.3390/nano12142324
7. Ressler A., Žužić A., Ivanišević I., Kamboj N., Ivanković H. Ionic substituted hydroxyapatite for bone regeneration applications: A review. Open Ceramics. 2021. 6. https://doi.org/10.1016/j.oceram.2021.100122
8. Anjaneyulua U., Swaroopb V.K. and Vijayalakshmia U. Preparation and characterization of novel Ag doped hydroxyapatite-Fe3O4-chitosan hybrid composites and in vitro biological evaluations for orthopaedic applications. RSC Adv. 2016. 6:10997. https://doi.org/10.1039/C5RA21479C
9. Pistone A., Iannazzo D., Celesti C., Piperopoulos E., Ashok D., Cembran A., Tricoli A., Nisbet D. Engineering of chitosan-hydroxyapatite-magnetite hierarchical scaffolds for guided bone growth. Materials. 2019. 12. https://doi.org/10.3390/ma12142321
10. Synytsia A.O., Sych O.E., Babutina T.E., Tomila T.V., Bykov O.I. Biogenic hydroxyapatite-based composites modified by magnetite and chitosan: synthesis, phase composition and structure. Funct. Mater. 2022. 29(2): 301.
11. Synytsia A., Zaremba P., Zahorodnia S., Sych O., Babutina T., Kondratenko I. Biogenic hydroxyapatite-based composites modified by magnetite and chitosan: bioresorption in physiological solution and cytotoxicity. Funct. Mater. 2022. 29(4): 506. https://doi.org/10.15407/fm29.04.506
12. Khomenko A.I., Khomenko E.V. Microstructural analysis software package. Powder. Metall Met Ceram. 2007. 46:100. https://doi.org/10.1007/s11106-007-0016-6
13. Saltikov S.A. The determination of the size distribution of particles in an opaque material from a measurement of the size distribution of their sections. Stereology. 1967:163. https://doi.org/10.1007/978-3-642-88260-9_31
14. Synytsia A.O., Zenkov V.S., Sych O.E., Khomenko O.I., Babutina T.E. Investigation of water vapor adsorption on magnetite powders obtained by chemical precipitation and decomposition. Powder metallurgy. 2023. 3/4:8. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.1007/s11106-023-00376-3
15. Semko L.S., Horbyk P.P., Storozhuk L.P., Dzyubenko L.S., Dubrovin I.V., Oranska O.I., Revo S.L. Structural transformations in nanocrystalline magnetite. Ukr. Chem. J. 2007. 73(10):87. [in Ukrainian].
16. Senra M.R., de Lima R.B., de Holanda Saboya Souza D., de Fátima Vieira Marques M., Monteiro S.N. Thermal characterization of hydroxyapatite or carbonated hydroxyapatite hybrid composites with distinguished collagens for bone graft. J. Mater. Res. Technol. 2020. 9(4):7190. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.04.089
17. Sych O., Pinchuk N., Tomila T., Bykov O., Olifan O., Kolesnichenko V., Chodara A., Mukhovskyi R., Opalińska A., Wojnarowicz J. Investigation of structure and properties of chitosan as a promising material for biomedical application. AdvNanoBioM&D. 2020. 4(3):617-622.
18. Tovstonog A.B., Sych O.E., Tomila T.V., Kolesnichenko V.G., Budylina O.M., Skorokhod V.V. Investigation of biogenic hydroxyapatite after microwave and conventional sintering according to IR spectroscopy data. Modern problems of physical materials science. 2014. 23:65. [in Ukrainian].
