بررسی اثر سیترات بر شکل و ریزساختار ذرات هیدروکسی آپاتیت در فرآیند هیدروترمال

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 استاد، گروه بیومواد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش از روش هیدروترمال و افزودن عامل کی‌لیت ساز سیترات سدیم، برای سنتز ذرات هیدروکسی‌آپاتیت با شکل و ریزساختار مختلف استفاده شد. نتایج XRD (پراش پرتو ایکس) نشان می‌دهد با افزودن سیترات در فرآیند هیدروترمال، هیدروکسی‌آپاتیت بدست آمده دارای درجه بلورینگی و خلوص بالا است. نتایج FTIR (تبدیل فوریه مادون قرمز) نیز نشان می-دهد گروه‌های عاملی شناسایی شده مربوط به هیدروکسی‌آپاتیت خالص است. در بررسی ریزساختار ذرات توسطTEM و SEM (میکروسکوپ الکترونی عبوری و روبشی)، مشاهده شد که بدون افزودن سیترات، قبل از فرآیند هیدروترمال ورقه‌های هیدروکسی آپاتیت و بعد از فرآیند هیدروترمال ذرات با شکل نانومیله‌ (ساختار یک بعدی) بدست می‌آید. در حالی که در غلظت مناسب سیترات، میکروکره‌های هیدروکسی‌آپاتیت با نانوساختار سطحی مشاهده می‌شود. میکروکره‌های بدست آمده دارای توزیع اندازه یکنواخت در محدوده 4-6 میکرومتر است و ذرات به صورت مجزا از هم رشد می‌کنند. تغییر غلظت سیترات با تغییر ریزساختار سطح میکروکره‌ها از نانوصفحه به نانومیله همراه است. با افزایش بیشتر غلظت سیترات ساختار دسته‌ای شکل ایجاد می‌شود. متوسط سطح ویژه بدست آمده توسط BET، در نمونه شاهد m2/g30، در میکروکره‌ها با نانوساختار سطحی در حدود m2/g100 و در ساختار دسته‌ای شکلm2/g150است. متوسط اندازه تخلخل‌ها توسط nm ,BJH20-8 است که می‌تواند نشان دهنده ساختار مزوتخلخل باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] K. Lin, C. Wu, and J. Chang, Advances in synthesis of calcium phosphate crystals with controlled size and shape, Acta Biomater., vol. 10, no. 10, (2014), 4071–4102.

[2] D. Xiao et al., Fabrication of hollow hydroxyapatite particles assisted by small organic molecule and effect of microstructure on protein adsorption,”J. Eur. Ceram. Soc., vol. 35, no. 6, (2015), 1971–1978.

[3] M. Vallet-Regí and D. Arcos, Bioceramics for drug delivery, Acta Mater., vol. 61, no. 3, (2013), 890–911.

[4] Q. Zhang, Advanced Hierarchical Nanostructured materials. Wiley VCH, 2014.

[5] Y. Jiao, Y. P. Lu, G. Y. Xiao, W. H. Xu, and R. F. Zhu, Preparation and characterization of hollow hydroxyapatite microspheres by the centrifugal spray drying method, Powder Technol., vol. 217, )2012(, 581–584.

[6] W. Zhang, Y. Chai, X. Xu, Y. Wang, and N. Cao, Rod-shaped hydroxyapatite with mesoporous structure as drug carriers for proteins, Appl. Surf. Sci., vol. 322, (2014), 71–77.

[7] W. P. S. L. Wijesinghe et al., Facile synthesis of both needle-like and spherical hydroxyapatite nanoparticles: Effect of synthetic temperature and calcination on morphology, crystallite size and crystallinity, Mater. Sci. Eng. C, vol. 42, (2014), 83–90.

[8] Y. Qi, J. Shen, Q. Jiang, B. Jin, J. Chen, and X. Zhang, The morphology control of hydroxyapatite microsphere at high pH values by hydrothermal method, Adv. Powder Technol., vol. 26, no. 4, (2015), 1041–1046.

[9] E. Kramer, J. Podurgiel, and M. Wei, Control of hydroxyapatite nanoparticle morphology using wet synthesis techniques: Reactant addition rate effects, Mater. Lett., vol. 131, (2014), 145–147.

[10] N. E. Tari, M. M. K. Motlagh, and B. Sohrabi, Synthesis of hydroxyapatite particles in catanionic mixed surfactants template, Mater. Chem. Phys., vol. 131, no. 1–2, (2011),132–135.

[11] M. Fuji, C. Takai, and R. V. Rivera Virtudazo, Development of new templating approach for hollow nanoparticles and their applications, Adv. Powder Technol., vol. 25, no. 1, (2014),91–100.

[12] C. Qi, Y.-J. Zhu, G.-J. Ding, J. Wu, and F. Chen, Solvothermal synthesis of hydroxyapatite nanostructures with various morphologies using adenosine 5′-monophosphate sodium salt as an organic phosphorus source, RSC Adv., vol. 5, no. 5, (2015), 3792–3798.

[13] Y. P. Guo, Y. B. Yao, Y. J. Guo, and C. Q. Ning, Hydrothermal fabrication of mesoporous carbonated hydroxyapatite microspheres for a drug delivery system, Microporous Mesoporous Mater., vol. 155, (2012), 245–251.

[14] M. G. Ma and J. F. Zhu, Solvothermal synthesis and characterization of hierarchically nanostructured hydroxyapatite hollow spheres, Eur. J. Inorg. Chem., no. 36, (2009), 5522–5526.

[15] H. Yang and Y. Wang, Morphology control of hydroxyapatite microcrystals : Synergistic effects of citrate and CTAB, Mater. Sci. Eng. C, vol. 62, no. 3, (2016), 160–165.

[16] J. Gómez-Morales, M. Iafisco, J. M. Delgado-López, S. Sarda, and C. Drouet, Progress on the preparation of nanocrystalline apatites and surface characterization: Overview of fundamental and applied aspects, Prog. Cryst. Growth Charact. Mater., vol. 59, no. 1, (2013),1–46.

[17] J. M. Delgado-López, M. Iafisco, I. Rodríguez, A. Tampieri, M. Prat, and J. Gómez-Morales, Crystallization of bioinspired citrate-functionalized nanoapatite with tailored carbonate content, Acta Biomater., vol. 8, no. 9, (2012),3491–3499.

[18] H. Yang, L. Hao, N. Zhao, C. Du, and Y. Wang, Hierarchical porous hydroxyapatite microsphere as drug delivery carrier, CrystEngComm, vol. 15, no. 29, (2013), 5760–5763.

[19] L. Hao, H. Yang, S. Du, N. Zhao, and Y. Wang, The growth process of hierarchical porous hydroxyapatite microspheres precipitated by propionamide and citrate through hydrothermal synthesis, Mater. Lett., vol. 131, (2014), 252–254.

[20] Y. Wu, Y. Tseng, and J. C. C. Chan, Morphology Control of Fluorapatite Crystallites by Citrate Ions, Cryst. Growth Des., vol. 1, no. 1, (2010), 4–6.

[21] V. A. Online, S. Das, K. Dutta, and A. Pramanik, Morphology control of ZnO with citrate : a time and concentration dependent mechanistic insight 3, Crystengcomm, (2013), 6349–6358.

[22] L. Hao, H. Yang, N. Zhao, C. Du, and Y. Wang, Controlled growth of hydroxyapatite fi bers precipitated by propionamide through hydrothermal synthesis, Powder Technol., vol. 253, no. 3, (2014), 172–177.

[23] C. Santos, M. M. Almeida, and M. E. Costa, Morphological Evolution of Hydroxyapatite Particles in the Presence of Different Citrate:Calcium Ratios, Cryst. Growth Des., vol. 15, no. 9, (2015) 4417–4426.

[24] K. W. Wang, Y. J. Zhu, F. Chen, G. F. Cheng, and Y. H. Huang, Microwave-assisted synthesis of hydroxyapatite hollow microspheres in aqueous solution, Mater. Lett., vol. 65, no. 15–16, (2011), 2361–2363.

[25] X. Zhang, W. Zhang, Z. Yang, and Z. Zhang, Nanostructured hollow spheres of hydroxyapatite: Preparation and potential application in drug delivery, Front. Chem. Sci. Eng., vol. 6, no. 3, (2012), 246–252.

[26] Y.-H. Yang, C.-H. Liu, Y.-H. Liang, F.-H. Lin, and K. C.-W. Wu, Hollow mesoporous hydroxyapatite nanoparticles (hmHANPs) with enhanced drug loading and pH-responsive release properties for intracellular drug delivery, J. Mater. Chem. B, vol. 1, no. 19, (2013), 2447–2450.

[27] S. Jiang, Q. Yao, G. Zhou, and S. Fu, Fabrication of Hydroxyapatite Hierarchical Hollow Microspheres and Potential Application in Water Treatment, Phys. Chem. C, vol. 116, (2012), 4484–4492.

[28] G. Nicolis, Kinetics and thermodynamics of multistep nucleation and self-assembly in nanoscale materials, vol. 151. JohnWiley & Sons, 2011.

[29] Y. Yang, Q. Wu, M. Wang, J. Long, Z. Mao, and X. Chen, Hydrothermal Synthesis of Hydroxyapatite with Different Morphologies : Influence of Supersaturation of the Reaction System, Cryst. Growth Des., vol. 14, (2014), 4864–4871.

[30] J. Liu, K. Li, H. Wang, M. Zhu, and H. Xu, Self-assembly of hydroxyapatite nanostructures by microwave irradiation, IOPscience, vol. 82, (2005), 82–87.

[31] W. L. Noorduin, E. Vlieg, R. M. Kellogg, and B. Kaptein, Minireviews From Ostwald Ripening to Single Chirality, Angew. Chem. Int. Ed., vol. 48, (2009), 9600–9606.

[32] M. A. Martins, C. Santos, M. M. Almeida, and M. E. V Costa, Hydroxyapatite micro- and nanoparticles: Nucleation and growth mechanisms in the presence of citrate species, J. Colloid Interface Sci., vol. 318, no. 2, (2008), 210–216.

[33] C. Chen, Z. Huang, W. Yuan, J. Li, X. Cheng, and R. Chi, Pressure effecting on morphology of hydroxyapatite crystals in homogeneous system, J. Eur. Ceram. Soc., vol. 13, (2011),1632–1637.

[34] A. Haider, S. Haider, S. Han, and I. Kang, RSC Advances Recent advances in the synthesis , functionalization and biomedical applications of hydroxyapatite :, RSC Adv., vol. 7, (2017), 7442–7458.