Modification of hydroxyapatite based on biomimetic methods

Ceramika wapniowo-fosforanowa od wielu lat stanowi główny materiał kościozastępczy stosowany w ortopedii i stomatologii. Najpopularniejszym związkiem w tej grupie biomateriałów jest hydroksyapatyt, który jest podstawowym nieorganicznym składnikiem naturalnej tkanki kostnej. W ostatnich latach trwają intensywne prace nad otrzymywaniem biomateriałów hydroksyapatytowych o pożądanych właściwościach fizykochemicznych i biologicznych. W niniejszej pracy skupiono się na modyfikacji popularnych metod syntezy hydroksyapatytu w celu otrzymania materiału przypominającego, pod względem składu i rozmiaru kryształów, apatyt biologiczny. W syntezach mokrych, przeprowadzonych przy użyciu ultradźwięków, wykorzystano sztuczne osocze lub wodę jako media reakcyjne. W pozostałych modyfikacjach zastosowano dodatek żelatyny oraz sprawdzono jej wpływ na zmiany składu i morfologii proszków ceramicznych. Uzyskane próbki poddano analizie za pomocą metod dyfraktometrii proszkowej, spektroskopii w podczerwieni oraz skaningowej mikroskopii elektronowej. Otrzymano informacje dotyczące składu fazowego próbek wraz z charakterystyką struktury krystalicznej oraz określono wielkość i morfologię krystalitów.Syntezy z wykorzystaniem ultradźwięków doprowadziły do otrzymania nanokrystalicznych proszków hydroksyapatytu z podstawieniami w sieci anionowej przez jony węglanowe. W syntezach z żelatyną, dla wysokich temperatur wygrzewania (800 i 1200 °C), zidentyfikowano tworzywo dwufazowe (HAp i β-TCP) o rozmiarach krystalitów rzędu mikrometrów. Próbka, suszona w warunkach zbliżonych do in vivo, tj. około 37 °C okazała się kompozytem zbudowanym z żelatyny i nanokryształów hydroksyapatytu z niedomiarem wapnia. Przeprowadzone badania umożliwiły wybranie optymalnej metody syntezy nanohydroksyapatytu, zbliżonego składem oraz budową krystaliczną do apatytów biologicznych.Calcium phosphate ceramics has been the main bone substitution material applied in orthopedics and dentistry. The most popular substance in this group of biomaterials is hydroxyapatite, main inorganic compound of natural bone tissue.In recent years, intensive studies of obtaining hydroxyapatite biomaterials with the desired physicochemical and biological properties have been performed. The present studies focus on modifications of common methods of synthesis of hydroxyapatite to obtain material with the composition and crystal size recalling to biological apatite. In wet synthesis, carried out with ultrasound, simulated body fluid or water as reaction media were used. In other modifications, the addition of gelatin were used to check its impact on changes in the composition and morphology of ceramic powders.Obtained samples were analyzed with X-Ray Diffraction, Fourier Transform Infrared Spectroscopy and Scanning Electron Microscopy. Phase composition of samples with its crystal structure, particle size and morphology were received. Synthesis carried out with an ultrasound led to obtain nanocrystal hydroxyapatite powders with substitution in anionic lattice by carbonate ions. In gelatin synthesis performed in high temperatures (800 and 1200 °C) biphasic material (Hap and β-TCP) with µm size of crystallites was obtained. Sample dried in in vivo conditions (about 37 °C) appeared to be a composite consisted of gelatin and nanocrystals of calcium deficient hydroxyapatite.The optimal method of the synthesis of nanohydroxyapatite, having similar composition and crystal structure to biological apatite, was chosen