Определение лития и кальция в новых материалах для остеопластики на основе гидроксиапатитов методом эмиссионной фотометрии пламени

Предложена методика определения добавок лития и компонента основы пробы — кальция при синтезе новых материалов на основе гидроксиапатитов (ГА) методом эмиссионной фотометрии пламени для установления связи «условия синтеза — состав — функциональные свойства». Образцы керамики получены методом совместного осаждения с использованием карбоната лития и прокаливанием при 1300 °C. Синтезировали материалы с содержанием лития от 0,25 до 1 % ат., часть образцов — с добавлением от 0,25 до 1 % ат. церия (Ce(NO₃)₃). Для определения лития в образцах ГА использовали метод добавок и адекватные растворы сравнения. Кальций определяли в отдельных аликвотах после разбавления в 50 раз. Показано, что определение лития на уровне концентраций 0,1 мг/л методом фотометрии пламени в растворах гидроксиапатитов возможно с S_r 0,1. Установлено, что допировать материал литием методом совместного осаждения из растворов затруднительно, при этом термическая обработка в процессе синтеза не влияет на результат. Предложено использовать совместное допирование материала литием и церием, при этом не менее 0,25 % ат. Li включается в структуру ГА. Разработанная методика может быть использована для определения лития и кальция с применением пламенного фотометра ПФА-378 на всех этапах синтеза новых материалов на основе ГА.

1. Ptáček P. Apatites and their Synthetic Analogues — Synthesis, Structure, Properties and Applications. Chapter 6. Substituents and Dopants in the Structure of Apatite. Intech Open, 2016. DOI: 10.5772/62213

2. Šupová M. Substituted hydroxyapatites for biomedical applications: A review / Ceram. Int. 2015. Vol. 41. P. 9203 – 9231. DOI: 10.1016/j.ceramint.2015.03.316

3. Bose S., Fielding G., Tarafder S., Bandyopadhyay A. Understanding of dopant-induced osteogenesis and angiogenesis in calcium phosphate ceramics / Trends Biotechnol. 2013. Vol. 31. N 10. P. 594 – 605. DOI: 10.1016/j.tibtech.2013.06.005

4. Wang W., Wei J., Lei D., et al. 3D printing of lithium osteogenic bioactive composite scaffold for enhanced bone regeneration / Composites, Part B. 2023. Vol. 256. 110641. DOI: 10.1016/j.compositesb.2023.110641

5. Panda S., Biswas Ch. K., Paul S. A comprehensive review on the preparation and application of calcium hydroxyapatite: A special focus on atomic doping methods for bone tissue engineering / Ceram. Int. 2021. Vol. 47. P. 28122 – 28144. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.07.100

6. Wang Y. P., Yang X., Qin H., et al. In vitro study on the degradation of Lithium-doped hydroxyapatite for bone tissue engineering scaffold / Mater. Sci. Eng., C. 2016. Vol. 66. P. 185 – 192. DOI: 10.1016/j.msec.2016.04.065

7. Drdlik D., Slama M., Hadraba H., et al. Physical, mechanical, and biological properties of electrophoretically deposited lithium-doped calcium phosphates / Ceram. Int. 2018. Vol. 44. N 3. P. 2884 – 2891. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.11.035

8. Duta L., Chifiriuc M. C., Popescu-Pelin G., et al. Pulsed Laser Deposited Biocompatible Lithium-Doped Hydroxyapatite Coatings with Antimicrobial Activity / Coatings. 2019. Vol. 9. N 1. 54. DOI: 10.3390/coatings9010054

9. Alicka M., Sobierajska P., Kornicka K., et al. Lithium ions (Li+) and nanohydroxyapatite (nHAp) doped with Li+ enhance expression of late osteogenic markers in adipose-derived stem cells. Potential theranostic application of nHAp doped with Li+ and co-doped with europium (III) and samarium (III) ions / Mater. Sci. Eng., C. 2019. Vol. 99. P. 1257 – 1273. DOI: 10.1016/j.msec.2019.02.073

10. Cipriani A., Pretty H., Hawton K., Geddes J. R. Lithium in the prevention of suicidal behavior and all-cause mortality in patients with mood disorders: a systematic review of randomized trials / Am. J. Psychiatry. 2005. Vol. 162. P. 1805 – 1819. DOI: 10.1176/appi.ajp.162.10.1805

11. Bernard A. Lithium / Handbook on the Toxicology of Metals, G. F. Nordberg, M. Costa, Eds. Chapter 20. — Academic Press, 2022. P. 495 – 500. DOI: 10.1016/B978-0-12-822946-0.00018-0

12. Jia B., Hao D., Qiao F., et al. Metal-doped bioceramic nanopowders with tunable structural properties aimed at enhancing bone density: Rapid synthesis and modeling / Ceram. Int. 2020. Vol. 46. N 18. Part A. P. 28064 – 28083. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.07.301

13. Kolekar Tanaji V., Bandgar Sneha S., Yadav Hemraj M., et al. Hemolytic and biological assessment of lithium substituted hydroxyapatite nanoparticles for L929 and Hela cervical cancer cells / Inorg. Chem. Commun. 2022. Vol. 137. 109172. DOI: 10.1016/j.inoche.2021.109172

14. Popescu A. C., Florian P. E., Stan G. E., et al. Physical-chemical characterization and biological assessment of simple and lithium-doped biological-derived hydroxyapatite thin films for a new generation of metallic implants / Appl. Surf. Sci. 2018. Vol. 439. P. 724 – 735. DOI: 10.1016/j.apsusc.2018.01.008

15. Badran H., Yahia I. S., Hamdy Mohamed S., Awwad N. S. Lithium-doped hydroxyapatite nano-composites: Synthesis, characterization, gamma attenuation coefficient and dielectric properties / Radiat. Phys. Chem. 2017. Vol. 130. P. 85 – 91. DOI: 10.1016/j.radphyschem.2016.08.001

16. Kaygil O., Keser S., Ates T., Yakuphanoglu F. Synthesis and characterization of lithium calcium phosphate ceramics / Ceram. Int. 2013. Vol. 39. N 7. P. 7779 – 7785. DOI: 10.1016/j.ceramint.2013.03.037

17. Salam N., Gibson I. R. Lithium ion doped carbonated hydroxyapatite compositions: Synthesis, physicochemical characterisation and effect on osteogenic response in vitro / Biomater. Adv. 2022. Vol. 140. 213068. DOI: 10.1016/j.bioadv.2022.213068

18. Hurle K., Mai F. R., Ribeiro V. P., et al. Osteogenic lithium-doped brushite cements for bone regeneration / Bioact. Mater. 2022. Vol. 16. P. 403 – 417. DOI: 10.1016/j.bioactmat.2021.12.025

19. Marycz K., Sobierajska P., Smieszek A., et al. Li+ activated nanohydroxyapatite doped with Eu3+ ions enhances proliferative activity and viability of human stem progenitor cells of adipose tissue and olfactory ensheathing cells. Further perspective of nHAP: Li+, Eu3+ application in theranostics / Mater. Sci. Eng., C. 2017. Vol. 78. P. 1 51 – 162. DOI: 10.1016/j.msec.2017.04.041

20. Lewen N., Nugent D. The use of inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy (ICP-AES) in the determination of lithium in cleaning validation swabs / J. Pharm. Biomed. Anal. 2010. Vol. 52. P. 652 – 655. DOI: 10.1016/j.jpba.2010.02.015

21. Aljerf L., Mashlah A. Characterization and validation of candidate reference methods for the determination of calcium and magnesium in biological fluids / Microchem. J. 2017. Vol. 132. P. 411 – 421. DOI: 10.1016/j.microc.2017.03.001

22. Pickett E. E., Hawkins J. L. Determination of lithium in small-animal tissues at physiological levels by flame emission photometry / Anal. Biochem. 1981. Vol. 112. N 2. P. 213 – 218. DOI: 10.1016/0003-2697(81)90283-9

23. Nikitina Y. O., Petrakova N. V., Lysenkov A. S., et al. Cerium-containing hydroxyapatites with luminescent properties / Russ. J. Inorg. Chem. 2021. Vol. 66. N 8. P. 1067 – 1072. DOI: 10.1134/S0036023621080179

24. Belokoneva E. L., Volkov A. S., Dimitrova O. V., et al. Hydrothermally synthesized first acentric apatite (Bi5Na5)[PO4]6Cl2 with wide Bi-Na isomorphism and doubled c-axis / New J. Chem. 2024. N 17. DOI: 10.1039/D4NJ00480A