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Hydroxyapatite/SiO2–CaO–P2O5 glass materials: In vitro bioactivity and biocompatibility

Citation

Padilla S, Roman J, Sanchezsalcedo S, Valletregi M. Hydroxyapatite/SiO2–CaO–P2O5 glass materials: In vitro bioactivity and biocompatibility. Acta Biomaterialia 2006;2:331–42. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2006.01.006

Abstract

Materials obtained by the heat treatment of mixtures of hydroxyapatite (HA) and a silicate-based glass of the system SiO2–CaO–P2O5 have been investigated. The influence of the glass content on the porosity, microstructure and on the constituent phases of the final materials was studied. The influence of these factors on the in vitro bioactive behaviour of the obtained materials was also investigated. In addition, an in vitro biocompatibility assay with osteoblastic-like cells was carried out. The addition of the glass to HA induced different solid-state reactions that yield the transformation of HA into a- and b-tricalcium phosphate as well as the formation of silicon-containing phases (silicocarnotite or pseudowollastonite). In these mixtures an enhancement in the porosity, pore size and a heterogeneous microstructure was observed, compared with the precursors. As the sol gel glass content increased, the previous effects were higher. The materials showed the formation of an apatite-like layer on their surface when soaked in simulated body fluid, being faster in the sample with a higher content of glass. The formation of the new layer began in preferential zones in both samples, depending on the different reactivity of the crystalline phases formed. A synergistic effect between HA and glass was observed, showing in the mixtures a faster bioactive behaviour than in HA and glass themselves. The obtained materials allow a good attachment, spread and proliferation of the osteoblastic-like cells and no cytotoxic effect was observed.

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Description

Se investigaron materiales obtenidos mediante el tratamiento térmico de mezclas de hidroxiapatita (HA) y un vidrio a base de silicio del sistema SiO2-CaO-P2O5. Se estudió la influencia del contenido de vidrio sobre la porosidad, microestructura y composición de los materiales finales, así como la influencia de estos factores en el comportamiento bioactivo in vitro de los materiales obtenidos. Además, se llevó a cabo un ensayo de biocompatibilidad in vitro con células de tipo osteoblástico. La adición de vidrio a la HA indujo diferentes reacciones de estado sólido que dieron lugar a la transformación de la HA en fosfato a- y b-tricálcico, así como a la formación de fases que contienen silicio (silicocarnotita o pseudowollastonita). En estas mezclas se observó un aumento de la porosidad, del tamaño de poros y una microestructura heterogénea, en comparación con los precursores. A medida que aumentó el contenido de vidrio, los efectos mencionados fueron mayores. Los materiales mostraron la formación de una capa similar a la apatita en su superficie en los ensayos de bioactividad in vitro, siendo más rápida en la muestra con un mayor contenido de vidrio. La formación de la capa de apatita se inició en zonas preferentes en ambas muestras, dependiendo de la diferente reactividad de las fases cristalinas formadas. Se observó un efecto sinérgico entre la HA y el vidrio, mostrando en las mezclas un comportamiento bioactivo más rápido que en la HA y el vidrio por separado. Los materiales obtenidos permiten una buena fijación, extensión y proliferación de las células tipo osteoblásticas y no son citotóxicos.

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