Nanocomposite Apatite-biopolymer Materials and Coatings for Biomedical Applications

Abstract

В даному огляді описуються синтез та властивості новітніх композитних біоматеріалів та покриттів третього покоління, що відносяться до другого структурного рівня організації кісткової тканини людини (КТЛ). Для отримання подібних композитів за звичай застосовується тваринний колаген, котрий є поте- нційно небезпечним у медичному застосуванні, тому нами були розпочати дослідження з застосуванням інших біополімерів для отримання композитів, близьких до другого рівня структурної ієрархії КТЛ. Запропоновані природні полімери (альгінат натрію, хітозан) є найбільш перспективними, оскільки вони мають бактеріостатичні властивості для великої кількості аеробних та анаеробних бактерій, висо- кою біосумісністю по відношенню до з’єднувальної тканини, низькою токсичністю, можливістю приско- рювати регенеративні процеси під час лікування ран, здібністю деградації зі створенням хемотаксисної активності по відношенню до фібробластів та остеобластів. Формування нанорозмірних (25-75 нм) час- тинок кальційдефіцитного гідроксиапатиту (КДГА) у полімерному скафолді наближує отримані матері- али до КТЛ, що, в свою чергу, сприяє їх більш ефективній імплантації. Також було досліджено вплив статичного магнітного поля на кристалізацію брушиту (CaHPO4 2H2O). Зміна конфігурації магнітного поля оказує суттєвий вплив на кристалічність та тексту- ру отриманих частинок. Для покращення біосумісності існуючих медичних імплантатів (Ti-6Al-4V, Ti-Ni, Mg) в нашій лабо- раторії була вдосконалена [2] запропонована японськими вченими [1] технологія отримання біоактив- них покриттів з відповідними механічними, структурними та морфологічними характеристиками. Пок- риття на базі КДГА в поєднанні з біополімерною матрицею (альгінат Na, хітозан) синтезуються методом термодепозиції в «м’яких» умовах. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/35808

В данном обзоре описываются синтез и свойства новейших композитных биоматериалов и покрытий третьего поколения, относящихся ко второму структурному уровню организации костной ткани человека (КТЧ). Для получения подобных композитов обычно используется животный коллаген, который является потенциально опасным для медицинского применения, поэтому нами были начаты исследования с испо- льзованием других биополимеров для получения композитов, близких ко второму уровню структурной иерархии КТЧ. Предложенные природные полимеры (альгинат натрия, хитозан) являются наиболее перспективны- ми, поскольку они обладают бактериостатичными свойствами для огромного количества аэробных и анаэ- робных бактерий, высокой биосовместимостью по отношению к соединительной ткани, низкой токсичнос- тью, возможностью ускорять восстановительные процессы во время лечения ран, свойством деградации с созданием хемотаксисной активности по отношению к фибробластам и остеобластам. Формирование на- норазмерных (25-75 нм) частичек кальцийдефицитного гидроксиапатита (КДГА) в полимерном скаффол- де приближает полученные материалы к КТЧ, что, в свою очередь, способствует их более эффективной имплантации. Также было изучено влияние статического магнитного поля на кристаллизацию брушита (CaHPO4 2H2O). Показано, что изменение конфигурации магнитного поля оказывает значительное влия- ние на кристалличность и текстуру полученных частичек. Для улучшения биосовместимости существующих медицинских имплантатов (Ti–6Al–4V, Ti–Ni, Mg) в нашей лаборатории была усовершенствована [2] предложенная японскими учеными [1] технология полу- чения биоактивных покрытий с соответствующими механическими, структурными и морфологическими характеристиками. Покрытия на основе КДГА в сочетании с биополимерной матрицей (альгинат Na, хи- тозан) синтезируются методом термодепозиции в «мягких» условиях. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/35808

The microoverview paper describes synthesis and characterization of novel third generation composite biomaterials and coatings which correspond to the second structural level of human bone tissue (HBT) organization obtained at Sumy state university “Bionanocomposite” laboratory. To obtain such composites an animal collagen is usually used, which is not potentially safe for medical applications. That is why investigations were started using some other biopolymers to obtain composites close to the second level in the structural hierarchy of HBT. Proposed natural polymers (Na alginate, chitosan) are the most perspective because they have bacteriostatic properties for a vast number of aerobic and anaerobic bacteria, high biocompatibility towards the connective tissue, low toxicity, an ability to improve regenerative processes during wounds healing, degradation ability with the creation of chemotaxic activity towards fibroblasts and osteoblasts. The formation of nanosized (25-75 nm) calcium deficient hydroxyapatite (cdHA) particles in the polymer scaffold approaches the derived material to the biogenic bone tissue, which can provide its more effective implantation. The influence of the imposition of static magnetic field on brushite (CaHPO4·2H2O) crystallization was also investigated. It was shown that changing the magnetic field configuration could greatly affect crystallinity and texture of the derived particles. To increase the biocompatibility of existing medical implants (Ti–6Al 4V, Ti Ni, Mg) the technology for obtaining bioactive coatings with corresponding mechanical, structural and morphology characteristics is developed in our laboratory. In this direction coatings based on cdHA in combination with biopolymer matrices (Na alginate, chitosan,) are obtained in “soft” conditions using a thermal substrate technology. This technology was proposed by Japan scientists [1] and was sufficiently improved by us [2] in order to obtain coatings in the controlled mode. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/35808