Синтез та антимікробні властивості Cu, Zn-легованих кальцію фосфатів апатитового типу

Abstract

Синтезовано наночастинки (30—50 нм) кальцію фосфатів апатитового типу в умовах співосадження з водних розчинів при мольних співвідношеннях Са/Р = 1,67, CО₃²⁻/РО₄³⁻= 1 та (Cu²⁺, Zn²⁺) : Ca = 1 : 50 і температурі 25 °C. Згідно з даними хімічного аналізу, синтезовані кальцію фосфати містять катіонні та аніонні допанти: Na⁺ (0,19—0,21 % мас.), Cu²⁺ (0,42 % мас.) і Zn²⁺ (0,36 % мас.) та C (0,98—1,02 % мас.). В ІЧ-спектрах модифікованих кальцію фосфатів положення коливальних смуг карбонатних груп (при 870, 1430 та 1450 см⁻¹) вказують на реалізацію часткового заміщення фосфат-аніона карбонатними групами (Б-тип) в апатитовій матриці. Встановлено, що легування кальцію фосфатів апатитового типу катіонами Cu²⁺ та Zn²⁺ сприяє підвищенню їх пригнічувальної дії щодо грампозитивних (Staphylococcus aureus) і грамнегативних (Pseudomonas aeruginosa) мікроорганізмів. Відмічено десятикратне інгібування росту клітин S. aureus у разі додавання 5 мМ (Na⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, CO₃²⁻)-вмісного кальцію фосфату, тоді як помітна його дія на грамнегативні бактерії (P. аeruginosa) спостерігається лише при кількості 10 мМ зразка. Одержані результати вказують на перспективність використання синтезованих наночастинок (Na⁺, Cu²⁺,Zn²⁺, CO₃²⁻)-вмісного кальцію фосфату для розробки матеріалів з антибактеріальними властивостями.

The nanoparticles (30-50 nm) of apatite-related calcium phosphates have been obtained by the coprecipitation method from an aqueous solution at molar ratios Са/Р = 1,67, CО₃²⁻/РО₄³⁻= 1 та (Cu²⁺, Zn²⁺) : Ca = 1 : 50 and a temperature of 25 °C. According to chemical analysis data, the prepared calcium phosphates contain cationic (Na⁺ (0.19-0.21 wt%), Cu²⁺ (0.42 wt%) and Zn²⁺ (0.36 wt%)) and anionic (C (0.98-1.02 wt%)) dopants. In the FTIR spectra of prepared calcium phosphates, the positions of vibration modes of carbonate groups confirmed the partial substitution of phosphate anion by carbonate group (B type) in the apatitetype structure. It was found that the doping of apatite-related calcium phosphates with Cu²⁺ and Zn²⁺ cations led to their increased inhibitory effect on gram-positive (Staphylococcus aureus) and gram-negative (Pseudomonas aeruginosa) microorganisms. Tenfold inhibition of S. aureus cell growth was observed at the addition of 5 mM of (Na⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, CO₃²⁻)-containing calcium phosphate, while its noticeable effect on gram-negative bacteria (P. aeruginosa) was observed only at its amount of 10 mM. The obtained results indicate the prospects of using synthesized nanoparticles (Na⁺, Cu²⁺,Zn²⁺, CO₃²⁻)-containing calcium phosphate in the development of materials with antibacterial properties.