Composite material based on hydroxyapatite and multi-walled carbon nanotubes filled by iron: Preparation, properties and drug release ability

Abstract

Новий біоактивний композиційний матеріал на основі гідроксиапатиту і багатошарових вуглецевих нанотрубок, заповнених залізом, був синтезований методом «вологої хімії» і охарактеризований докладно різними експериментальними методами, включаючи рентгенівську дифракцію, інфрачервоне перетворення Фур'є і енергодисперсійного рентгенівське випромінювання, променева флуоресцентна спектроскопія, термогравіметричний і диференційний термічний аналіз . Поведінку набухання визначали кількісно шляхом вимірювання змін маси зразка залежно від часу занурення зразка в забуферений фосфатом фізіологічний розчин (PBS). Тест на біоактивность проводили шляхом замочування зразків в PBS. Вплив складу матеріалу на модельне вивільнення лікарського засобу вивчали з використанням методу високоефективної рідинної хроматографії. Нарешті, були також досліджені механічні властивості (максимальна відносна деформація, міцність і модуль Юнга) зразків під навантаженням. Дослідження показують можливість застосування створеного композитного матеріалу в біоінженерії кісткової тканини для заповнення дефектів кісток різних геометрій функцією тривалого вивільнення лікарського засобу. Передбачається, що цей композиційний матеріал можна використовувати в тривимірному моделюванні областей кісткової тканини, які повинні витримувати механічне навантаження.

Новый биоактивный композиционный материал на основе гидроксиапатита и многослойных углеродных нанотрубок, заполненных железом, был синтезирован методом «влажной химии» и охарактеризован подробно различными экспериментальными методами, включая рентгеновскую дифракцию, инфракрасное преобразование Фурье и энергодисперсионное рентгеновское излучение, лучевая флуоресцентная спектроскопия, термогравиметрический и дифференциальный термический анализ. Поведение набухания определяли количественно путем измерения изменений массы образца в зависимости от времени погружения образца в забуференный фосфатом физиологический раствор (PBS). Тест на биоактивность проводили путем замачивания образцов в PBS. Влияние состава материала на модельное высвобождение лекарственного средства изучали с использованием метода высокоэффективной жидкостной хроматографии. Наконец, были также исследованы механические свойства (максимальная относительная деформация, прочность и модуль Юнга) образцов под нагрузкой. Исследования демонстрируют возможность применения созданного композитного материала в биоинженерии костной ткани для заполнения дефектов костей различных геометрий функцией длительного высвобождения лекарственного средства. Предполагается, что этот композиционный материал можно использовать в трехмерном моделировании областей костной ткани, которые должны выдерживать механическую нагрузку.

The novel bioactive composite material based on hydroxyapatite and multi-walled carbon nanotubes filled by iron was synthesized by the “wet chemistry” method and characterized in detail by various experimental techniques including the X-ray diffraction, Fourier transform infrared and energy-dispersive X-ray fluorescence spectroscopy, thermogravimetric and differential thermal analysis. The swelling behaviour was quantified by measuring the changes in sample weight as a function of sample immersion time in a phosphate buffered saline (PBS). Bioactivity test was carried out by soaking the samples in PBS. The material composition influence on the model drug release was studied using the high-performance liquid chromatography method. Finally, the mechanical properties (maximal relative deformation, strength and Young's modulus) of the samples under loading were investigated too. The findings clear demonstrate the possibility of application of the created composite material in bioengineering of bone tissue to fill bone defects of various geometries with the function of prolonged release of the drug. It is assumed that this composite material can be used in 3D modeling of areas of bone tissue that have to bear a mechanical load.