LANTHANUM DOPED CALCIUM SILICATE NANOPARTICLES FOR DRUG DELIVERY AND X-RAY CONTRAST IMAGING

Abstract

ABSTRACT

Bioceramics are a kind of material used to heal or replace damaged bone tissues. Bioceramics may enhance tissue development or induce new tissue regeneration when utilized in combination with bioactive ceramics, depending on the application. In this study, pure phase of Calcium silicates (CS) doped with different fractions of lanthanum (La3+) (0, 5, 10, and 20 %) were successfully prepared using the wet precipitation method. The impact addition of La3+ ions was evaluated using X-ray powder diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Scanning electron microscope (SEM), Surface area (Brunauer, Emmett and Teller, BET), and Thermogravimetric analysis (TGA). With the incorporation of La3+ ions, it was observed that the diffraction peaks were shifted to the high value of theta, the vibration bands of the SiO3 group were shrinkage, the binding energy of La3+ ions was detected in the range of 831-852 eV, the particles existed irregular morphology shapes and non-uniform microcrystalline particles, the surface area decreased from 9.742 m2g-1 for CS to 2.12 m2g-1 for the La-CS (20% of La3+). The radiopacity of composites was evaluated using an x-ray machine. The incorporation of La3+ ions into CS significantly improved the contrast of the radiographic images. The in vitro drug (Gentamicin sulphate, Cephalexin hydrate, and Ampicillin sodium) delivery and release was investigated for 3 days. The results showed that with the increase of La3+ ions up to 20% into the structure of CS, the loading rate of Ampicillin sodium was increased from 1.150 mg to 1.202 mg, the loading rate of Cephalexin hydrate was decreased from 0.55 mg to 0.46 mg, and the loading rate of Gentamicin sulphate was increased from 0.120 mg to 0.224 mg. The release profile of antibiotics was sustained over the immersion period. The obtained materials in this study have the potential to use as a carrier vehicle for wide ranges of antibiotics.

ÖZET

Biyoseramik, hasarlı kemik dokularını iyileştirmek veya değiştirmek için kullanılan bir tür malzemedir. Uygulamaya bağlı olarak, biyoaktif seramikle birlikte kullanıldığında doku büyümesini veya yeni doku rejenerasyonunu teşvik edebilir. Bu çalışmada, farklı lantan (La3+) (0, 5, 10 ve 20 %) ile katkılı kalsiyum silikatların (CS) saf fazı yaş çöktürme yöntemiyle başarıyla hazırlandı. La3+ iyonlarının ilavesinin etkisi, X-ışını kırınımı (XRD), fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), taramalı elektron mikroskobu (SEM), yüzey alanı (Brunauer, Emmett Teller, BET) ve termogravimetrik analiz (TGA) yöntemleri kullanılarak değerlendirildi. La3+ iyonlarının dâhil edilmesiyle, kırınım piklerinin yüksek teta değerine kaydığı, SiO3 grubunun titreşim bantlarının küçüldüğü, La3+ iyonlarının bağlanma enerjisinin 831-852 eV aralığında olduğu, partiküllerin düzensiz morfoloji şekillerine ve düzgün olmayan mikrokristal partiküllerini içerdiği, yüzey alanının CS için 9.742 m2g-1'den La-CS için 2.12 m2g-1'e düştüğü belirlendi (La3+'ın %20'si). Kompozitlerin radyoopasitesi bir x-ray cihazı kullanılarak değerlendirildi. La3+ iyonlarının CS'ye dâhil edilmesi, radyografik görüntülerin kontrastını önemli ölçüde iyileştirdi. İn vitro ilaç (Gentamisin sülfat, Cephalexin hidrat ve Ampisilin sodyum) taşınımı ve salınımı 3 gün boyunca incelendi. Sonuçlar, CS yapısına La3+ iyonlarının %20'ye kadar artmasıyla Ampisilin sodyum yükleme oranının 1.150 mg'dan 1.202 mg'a yükseldiğini, Cephalexin hidrat yükleme oranının 0.55 mg'dan 0.46 mg'a düştüğünü ve Gentamisin sülfat yükleme oranının 0.120 mg'dan 0.224 mg'a yükseldiğini göstermiştir. Antibiyotiklerin salınım profili, daldırma süresi boyunca sürdürülmüştür. Bu çalışmada elde edilen malzemeler, çok çeşitli antibiyotikler için taşıyıcı araç olarak kullanım potansiyeline sahiptir.