Efecto del óxido de germanio sobre los aspectos estructurales y la bioactividad del vidrio de silicato bioactivo.

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 9582 (2023) Citar este artículo

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Se sintetizó vidrio de silicato ternario (69SiO2–27CaO–4P2O5) por la ruta sol-gel y se le agregaron diferentes porcentajes de óxido de germanio GeO2 (6.25, 12.5 y 25%) y ácido poliacrílico (PAA). Los cálculos de DFT se realizaron en el nivel teórico B3LYP/LanL2DZ para el modelado molecular. Se utilizó difracción de rayos X en polvo (XRPD) para estudiar el efecto de GeO2/PAA en las propiedades estructurales. Las muestras se caracterizaron además mediante DSC, ART-FTIR y pruebas mecánicas. Se evaluaron pruebas de bioactividad y antibacterianas para rastrear la influencia del GeO2 en la biocompatibilidad con los sistemas biológicos. Los resultados del modelado demuestran que el potencial electrostático molecular (MESP) indicó una mejora de la electronegatividad de los modelos estudiados. Mientras que tanto el momento dipolar total como la energía HOMO/LUMO reflejan el aumento de la reactividad de la molécula P4O10. Los resultados de XRPD confirmaron la formación de las muestras y revelaron la correlación entre la cristalinidad y las propiedades, mostrando que la hidroxiapatita (HA) cristalina se forma claramente en los porcentajes más altos de GeO2, proponiendo el 25% como un fuerte candidato para aplicaciones médicas, consistente con los resultados de propiedades mecánicas y el resto de resultados de caracterización. Los experimentos in vitro con fluidos corporales simulados (SBF) mostraron una biocompatibilidad prometedora. Las muestras mostraron una notable bioactividad y antimicrobiana, con el efecto más fuerte con un 25%. Los hallazgos experimentales de este estudio revelaron que la incorporación de GeO2 al vidrio en términos de características estructurales, bioactividad, propiedades antimicrobianas y propiedades mecánicas es ventajosa para los campos biomédicos y especialmente para aplicaciones dentales.

El vidrio bioactivo está compuesto por redes tridimensionales de silicato/fosfato, la mayoría de ellas basadas en Na2O, CaO, P2O5 y SiO2, que podrían implementarse en el sistema biológico formando fuertes enlaces químicos con los huesos1,2. Está dedicado, entre otros, a biomateriales para diferentes aplicaciones biomédicas2,3. Recientemente, el cemento de biovidrio (BGC) se utiliza para rellenar huecos y fracturas en la instalación, debido a su naturaleza adhesiva, radiopacidad y durabilidad. A través de la reacción ácido-base entre el ionómero de vidrio y el ácido poliacrílico (PAA) acuoso, puede unirse químicamente al hueso4. Además, además de su capacidad para unirse químicamente a los huesos, son frágiles en tensión, lo que reduce su uso para estabilizar una fractura embarazada5. BGC se ha utilizado tanto en oído, nariz y garganta (ENT) como en aplicaciones dentales6,7,8,9,10,11. Las ventajas de utilizar BGC en odontología son muchas, entre ellas biocompatibilidad, bioactividad, alta estabilidad dimensional, buena resistencia a la falla de cohesión y contracción insignificante durante la instalación. Se han realizado esfuerzos para mejorar estos materiales y utilizarlos para aplicaciones biomédicas12,13,14. El óxido de germanio es un compuesto inorgánico que puede tener un papel importante cuando se utiliza en BGC para mejorar sus propiedades; tiene la capacidad teórica de reemplazar al Si en la red de vidrio15,16. De investigaciones anteriores, se informó que el GeO2 se incorporó al ionómero de vidrio a base de borato (BGG)17,18. Se descubrió que hay un aumento en el tiempo de fraguado y trabajo (propiedades de manipulación) formulado a partir de estos vidrios como resultado de la incorporación de Ge, ya que esto reduce la cantidad de oxígeno sin puentes (NBO) en la red de vidrio, lo que resulta en una configuración reducida. y tiempos de trabajo19. Dickey et al.20 mencionaron vidrios iónicos a base de Ge y no lograron evaluar si este cemento era inyectable o no para su uso en la estabilización espinal. Por otro lado, el modelado molecular en diferentes niveles de la teoría podría utilizarse para cumplir con los esfuerzos experimentales que dilucidan las estructuras moleculares de muchos sistemas y compuestos. En este sentido, se generaron modelos de vidrio mediante simulaciones MD para investigar diferentes factores que imitan la actividad catiónica para dilucidar propiedades físicas y químicas21. Se utilizó otro enfoque por vía ab initio para investigar diversos parámetros físicos del vidrio22. Se utilizó DFT para investigar la relación estructura-rendimiento de compuestos de polipropileno modificados con óxido de grafeno reducido rGO23. Se afirma que la DFT se empleó con éxito para calcular la energía de activación. También se afirma que se podrían aplicar métodos computacionales para investigar las interacciones físicas, químicas y biológicas tanto del vidrio como de la hidroxiapatita. Se utilizó con otras herramientas de caracterización para dilucidar el efecto de parámetros físicos como la temperatura sobre la bioactividad in vitro y las propiedades moleculares y mecánicas de la hidroxiapatita24,25,26. Basándose en la actividad biológica y las propiedades moleculares únicas, posteriormente se dedicaron estas clases de compuestos a diversas aplicaciones biomédicas27,28.

La identificación de las propiedades estructurales de los materiales mediante difracción de rayos X tiene un gran impacto en la mejora de sus propiedades y la maximización de su utilización en diversas aplicaciones, lo cual es de gran importancia en el estudio de las fases cristalinas de los materiales de vidrio29,30.

Con base en lo antes mencionado el objetivo del presente trabajo es desarrollar vidrio bioactivo más combatible con sistemas biológicos y actividad antimicrobiana especialmente para aplicaciones dentales. El sistema de vidrio de silicato (69SiO2–27CaO–4P2O5) se preparará y modificará con óxido de germanio/ácido poliacrílico (GeO2/PAA). Para comprender la interacción molecular de las muestras estudiadas, se realizarán cálculos basados en DFT:B3LYP/LanL2DZ para calcular algunos parámetros físicos como TDM, ∆E y luego se realizará un mapeo MESP para indicar los sitios activos de las estructuras estudiadas. Se ejecutará un estudio XRPD para revelar el efecto de GeO2/PAA sobre las características estructurales y los cambios asociados en las propiedades físicas y biológicas.

Las estructuras modelo simularon la interacción de P4O10Si3O6 con CaO y GeO2 utilizando el paquete Gaussian 0931 en la Unidad de Modelado y Espectroscopía Molecular, Centro Nacional de Investigación, Egipto. Las estructuras del modelo se optimizaron y calcularon utilizando DFT en el modelo B3LYP/LanL2DZ32,33,34. Las propiedades electrónicas y la reactividad se estudiaron calculando el mapeo MESP para estructuras modelo35,36,37.

Sigma Aldrich suministró ortosilicato de tetraetilo (TEOS), nitrato de calcio tetrahidrato Ca (NO)3H2O y fosfato de trietilo (TEP) (98 por ciento), solución de amoníaco al 33 por ciento y ácido nítrico al 68 por ciento; se usó agua desionizada para diluir tanto el ácido nítrico como el soluciones de amoníaco a 2 M (mol).

Para este trabajo, se crearon cuatro muestras de vidrio: tres vidrios que contienen óxido de germanio y un vidrio (SCP) sin germanio 69SiO2–27CaO–4P2O5 (porcentaje molar). En los vidrios que contienen germanio están presentes concentraciones de GeO2 de (SCPGe 6,25%), (SCPGe 12,5%) y (SCPGe 25%)% molar. El vidrio de control se recoció a Tg durante 2 h. Este polvo de vidrio se empleó en los experimentos de caracterización y bioactividad descritos en la sección “Técnicas de caracterización”.

En una placa de vidrio, los gránulos de vidrio se mezclaron completamente con ácido poliacrílico (PAA—Mw, 210.000, 90 m, Kent, Reino Unido) y agua desionizada estéril para preparar cemento. El cemento se preparó con una proporción de polvo a líquido (P:L) de 2:1 con adiciones de PAA del 50 por ciento en peso. Se utilizaron polvos de vidrio y PAA en el componente en polvo, mientras que en el componente líquido se utilizó agua desionizada estéril. Antes de la inserción en los moldes apropiados, los componentes se mezclaron completamente durante 20 s. Se preparó un molde de teflón especialmente diseñado para formar muestras cilíndricas con dimensiones de 3 mm de diámetro y 6 mm de altura. Estas dimensiones se determinaron de acuerdo con la (Organización Internacional de Normalización (ISO) No. 9917 (2007)38. Luego se preparó otro molde de teflón diseñado para formar muestras de disco con dimensiones de 6 mm de diámetro y 3 mm de altura. Estas dimensiones se determinaron de acuerdo con según la Organización Internacional de Normalización (ISO) nº 9917 (2007) 38. Se sumergieron discos circulares (5 mm de diámetro) en 40 ml de solución de fluido corporal simulado (SBF) durante 0, 4, 8 y 16 días a 37 °C. Pruebas de bioactividad in vitro.Las membranas se limpian con agua destilada y se secan después de sacarlas del SBF. Como resultado, el SBF se obtiene disolviendo NaCl, NaHCO3, KCl, K2HPO4·3H2O, MgCl2·6H2O y Na2SO4 en agua destilada y tampón con solución de Tris y HCl para lograr un pH de 7,4, como lo describen Kokubo y Takadama 39. Sigma Aldrich proporcionó todos los productos químicos.

Estudiar DSC para evaluar la estabilidad térmica del vidrio bioactivo de fosfosilicato. El polvo de la muestra se colocó en un soporte de muestra DSC y las curvas calorimétricas en el rango de temperatura de 25 a 1200 °C se registraron a una velocidad de calentamiento de 10 °C min-1 en un ambiente de nitrógeno (30,0 ml min-1). −1) en un sistema DSC-60 (Shimadzu, Japón).

Los estudios de difracción de rayos X se realizaron en el laboratorio de Cristalografía de rayos X del Instituto de Investigaciones Físicas del Centro Nacional de Investigaciones. Los patrones de polvo de las muestras estudiadas se midieron utilizando un difractómetro de rayos X (PANalytical Empyrean, Países Bajos) con radiación Cu kα a 30 mA y 45 kV a temperatura ambiente. Los difractogramas se escanearon en el rango de 2 theta de 10 ° a 80 °, con un paso de escaneo de 0,026 y un tiempo de conteo de 40 s en el paso −1. Se utilizó una muestra de cuarzo estándar para el análisis del perfil de la línea. El análisis y visualización de datos se realizaron a través de HighScore Plus suit40 y WinPLOTR41.

Los datos espectrales ATR-FTIR se recopilaron en el rango de 4000 a 400 cm −1 utilizando el espectrómetro VERTEX 80 (Bruker Corporation, Alemania) junto con Platinum Diamond ATR, que consta de un disco de diamante como elemento de reflexión interna.

En un molde de teflón montado sobre una placa de vidrio, se condensó el cemento combinado. Se utilizaron tiras de celuloide para cubrir las muestras y otra placa de vidrio para empujarlas hacia abajo. Después del endurecimiento, las muestras se sacaron del molde y se colocaron en agua destilada durante 24 h antes de ser analizadas. La resistencia a la compresión de todas las muestras se midió utilizando una máquina de prueba mecánica universal (instrumento Lloyd, LRX plus PI No. 01/2962 Inglaterra). A una velocidad de la cruceta de 1 mm min-1, las muestras se cargaron en el equipo de prueba mecánica Lloyd. Entre las dos placas de metal, las muestras se colocaron verticalmente con un extremo plano. La carga se aplicó hasta que la muestra fue aplastada y a partir de la carga se registró la fuerza máxima necesaria para fracturar cada muestra en Newton. La resistencia a la compresión se calculó en (MPa) utilizando la siguiente ecuación:

donde (CS) es la resistencia a la compresión (MPa), (P) es la carga en el punto de fractura (N), (d) es el diámetro (mm) de la muestra y (π) es una constante = 3,14.

Cada grupo se preparó como se describió anteriormente para la prueba de resistencia a la compresión. Esta es una forma diferente de probar materiales frágiles que pueden romperse en las empuñaduras durante la prueba. Las pruebas de compresión se utilizan para evaluar la resistencia máxima a la tracción de un material frágil. Las muestras de disco se montaron en el equipo de pruebas mecánicas Lloyd y la carga se aplicó a las muestras con una velocidad de cruceta de 0,5 mm min-1, comprimiendo las muestras hasta que se produjo la fractura. Utilizando la siguiente ecuación, la resistencia a la tracción diametral se calculó en (MPa):

donde (DTS) es la resistencia a la tracción diametral (MPa), (P) es la carga (N) en el punto de fractura, (d) es el diámetro (mm) de las muestras, (t) es la altura (mm) de las muestras y (π) es una constante = 3,14.

Utilizando un molde de teflón personalizado, se crearon muestras cilíndricas de cemento de ionómero de vidrio en la superficie plana de la dentina en este estudio (5 mm de largo x 2 mm de diámetro). Estas dimensiones fueron obtenidas según la Organización Internacional de Normalización (ISO) No. 9917. (2007)38. Luego se vuelve a montar el molde. Se utilizó una máquina de ensayo de materiales con una velocidad de cruceta de 1/2 mm por minuto para evaluar la resistencia de la unión al cizallamiento. La resistencia de la unión se evaluará utilizando una configuración de resistencia de unión al corte de interfaz circular.

La actividad antimicrobiana de SCPGe se evaluó en agar Muller Hinton (MHA, India) para bacterias y PDA para Candida albicans. Se cultivaron cultivos jóvenes de veinticuatro horas de Staphylococcus aureus ATCC 6538, Bacillus subtilis ATCC 6633, Escherichia coli ATCC 8739, Salmonella typhimurium ATCC14028 y Klebsiella pneumonia ATCC 13,883 y cultivos jóvenes de 48 h de Candida albicans ATCC10231 en la superficie de MHA y PDA preparados. para bacterias y Candida albicans, respectivamente. Se cortaron pocillos (6 mm) utilizando un barrenador de maíz estéril; Se transfirieron 100 µl de SCPGe al pocillo y se dejaron durante 2 h a 4 ℃. Se usó rifampicina como control para la cepa bacteriana, mientras que fluconazol se usó como control para Candida albicans, y luego, las placas se incubaron durante 24 h a 37 ℃ para las bacterias y 48 h a 28 ℃ para Candida albicans. Después de la incubación, se midieron y registraron las zonas de inhibición y este experimento se repitió tres veces38,42.

Se realizaron valores de CIM de diferentes concentraciones de SCPGe (de 25 a 0,781%) contra Staphylococcus aureus ATCC 6538, Bacillus subtilis ATCC 6633, Escherichia coli ATCC 8739, Salmonella typhimurium ATCC14028 y Klebsiella pneumonia ATCC 13,883 y cultivo joven de 48 h de Candida albicans ATCC10231 y se verificaron. mediante ensayo de microdilución en caldo43. Se prepararon diferentes concentraciones de SCPGe. Se añadió una muestra de prueba (100 µl) de diversas concentraciones a pocillos de placas de microtitulación estériles llenos con 100 µl de caldo Mueller Hinton (MH) de concentración doble para obtener concentraciones finales de 25, 12,5, 6,25, 3,125, 1,56 y 0,781 %. Se añadió suspensión de células bacterianas (50 µl) correspondiente a (DO equivalente al estándar de McFarland 0,5) en todos los pocillos excepto en los del pocillo de control negativo. Los pocillos de control positivo se llenaron con caldo MH y suspensión bacteriana para comprobar la idoneidad del caldo para favorecer el crecimiento de bacterias. Los pocillos de control negativo consistían en agua destilada estéril y caldo Mueller Hinton para comprobar la esterilidad. Las placas se incubaron a 37 °C durante 24 h. Para indicar el crecimiento bacteriano, se añadieron a cada pocillo 30 µl de solución de resazurina (0,02 % peso/v) (HiMedia) y la placa se incubó previamente durante la noche. Un cambio de color de azul a morado, rojo o rosa indicaba el crecimiento de bacterias. Un cambio en el color de los pocillos de control de crecimiento a rosa, rojo o morado indicó el crecimiento adecuado del aislado y ningún cambio en el color de los pocillos de control estériles indicó la ausencia de contaminantes. El experimento se realizó por duplicado y se repitió tres veces43,44.

El cultivo de células HFB4 (fibroblasto humano normal) se obtuvo de Science Way para investigaciones científicas (ciudad de Nasr, Egipto) y se utilizó para el ensayo de citotoxicidad. La célula analizada se mantuvo en medio Eagle modificado de Dulbecco suplementado con 100 mg ml-1 de estreptomicina, 100 unidades ml-1 de penicilina y un 10 % de suero bovino fetal inactivado por calor en una atmósfera humidificada de CO2 al 5 % (v/v) a 37 °C. C. El porcentaje de viabilidad celular se calculó mediante la siguiente fórmula:

Se sembraron alícuotas de 50 µl de suspensión celular (3 x 103 células) en microplacas de 96 pocillos y se incubaron en medio completo durante 24 h. Luego, las células se trataron durante 48 h con otra alícuota de 50 μl de medio que contenía germanio/biovidrio (disuelto en DMSO al 0,5%) en diferentes concentraciones (1000–31,25 μg ml-1). Las placas se incubaron a 37 °C y 5% de CO2 en condiciones atmosféricas durante 24 h. Las células se incubaron con 50 µl de pocillo-1 de solución de bromuro de (3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolio (MTT). La absorbancia de cada pocillo se leyó a una longitud de onda de 560 nm. utilizando un lector de ELISA45.

El primer paso es describir cómo se construyeron las moléculas modelo. Como se indica en la Fig. 1, existen cuatro moléculas modelo. La Figura 1a indicó la molécula modelo principal que es P4O10. La Figura 1b indica P4O10 dopado con Si3O6. La Figura 1c muestra el mismo modelo P4O10 – Si3O6 dopado con CaO y finalmente la Fig. 1d muestra P4O10 – Si3O6 – CaO dopado con GeO2. Para cada modelo, se calcula la optimización de energía y luego se calculan tanto el momento dipolar total como el potencial electrostático molecular en el nivel teórico DFT: B3LYP/LanL2DZ.

Estructuras optimizadas de (a) P4O10, (b) P4O10 dopado con Si3O6, (c) P4O10-Si3O6 dopado con CaO y (d) P4O10-Si3O6-CaO dopado con GeO2.

Las estructuras optimizadas de vidrio de fosfato que se componen de P4O10 y P4O10 dopados con Si3O6, CaO y GeO2 se presentan en la Fig. 1. La Tabla 1 proporciona el momento dipolar total calculado (TDM) y la energía de banda prohibida HOMO/LUMO (ΔE) para P4O10. P4O10 dopado con Si3O6, modelo de P4O10-Si3O6 dopado con CaO y molécula modelo P4O10-Si3O6-CaO dopada con GeO2 que se calculan en el nivel teórico B3LYP/LanL2DZ. El TDM de P4O10, que es de 0,000 Debye, aumentó debido al dopaje con Si3O6 a 5,080 Debye. Sin embargo, los de la molécula modelo P4O10-Si3O6 dopada con CaO aumentaron a 11.938 Debye y 16.272 Debye para P4O10-Si3O6-CaO-GeO2. Con base en los resultados calculados, se concluye que el valor TDM de P4O10 aumentó al aumentar el nivel de dopaje.

Por otro lado, la energía requerida para transferir un electrón desde el orbital molecular ocupado más alto (HOMO) al orbital molecular desocupado más bajo (LUMO) en la estructura P4O10 disminuyó de 3.623 eV a 0.692, 0.395 y 0.376 eV para P4O10 dopado con Si3O6. , P4O10-Si3O6 dopado con CaO y P4O10-Si3O6-CaO dopado con GeO2 respectivamente.

Se generaron mapas de potencial electrostático molecular (MESP) para las estructuras propuestas como se presenta en la Fig. 2. Los mapas de MESP se estudian en el nivel teórico DFT utilizando B3LYP/LanL2DZ. Los mapas MESP generalmente proporcionan una forma sencilla de aclarar la distribución de cargas electrónicas dentro de la estructura estudiada, proporcionando así los sitios activos más probables. Los colores MESP varían del más negativo al más positivo en el siguiente orden: rojo, naranja, amarillo, verde, cian y azul oscuro, correspondiendo el rojo al potencial negativo extremo y el azul al positivo. Además, la región amarilla indica un potencial negativo más bajo que la roja, y el amarillo indica la región de potencial neutro35,36,37.

DFT calculó el MESP de (a) P4O10, (b) P4O10 dopado con Si3O6, (c) P4O10-Si3O6 dopado con CaO y (d) P4O10-Si3O6-CaO dopado con GeO2 en B3LYP/LanL2DZ.

Los mapas calculados, como se presenta en la Fig. 2, constan de solo dos colores, que son el rojo y el amarillo, que representan la región extremadamente negativa para el color rojo y los sitios neutrales para el amarillo.

La distribución de las cargas de los átomos también puede estar relacionada hasta cierto punto mediante la electronegatividad de los átomos a los que están unidos. Los átomos con alta electronegatividad están rodeados de color rojo cuando se combinan con átomos distintos del electronegativo. La presencia de varios átomos con electronegatividad casi igual reduce considerablemente la distribución del color. Por lo tanto, se puede confiar en los mapas MESP para determinar si un sitio activo de interés puede sufrir una interacción química.

Con respecto al mapa MESP de P4O10 puro, solo hay un color dentro del mapa construido que es el color amarillo, lo que significa que P4O10 es una estructura neutra (es decir, inactiva) como se presenta en la Fig. 2a. Por lo tanto, los resultados del mapa MESP confirman los resultados de banda prohibida de TDM y HOMO/LUMO. Sin embargo, debido al dopaje con Si3O6 se observan dos colores: rojo y amarillo como se muestra en la Fig. 2b. El color rojo se localiza alrededor de la estructura del Si3O6 y se extiende a algunas regiones dentro del P4O10. Esto significa que la electronegatividad del P4O10 aumentó debido al dopaje con Si3O6. Mientras tanto, en las figuras 2c y d se muestran las mejoras en la electronegatividad de la estructura P4O10-Si3O6 tras la interacción con CaO y la molécula modelo P4O10-Si3O6-CaO dopada con GeO2 respectivamente. El aumento del nivel de dopaje da como resultado una mejora de la electronegatividad de los modelos estudiados a medida que aumenta la intensidad del color rojo. El incremento en la intensidad del color rojo al aumentar el nivel de dopaje confirma los resultados de TDM y la energía HOMO/LUMO que refleja el aumento de la reactividad de la molécula P4O10.

Usamos DSC para probar la estabilidad térmica de la muestra de SCP. La muestra de vidrio de gel seco utilizada para obtener la curva DSC se muestra en la Fig. 3. En este estudio, la muestra se calienta desde temperatura ambiente hasta 1200 °C. Se investigaron las Tg (temperaturas de transición características), Tc (temperaturas de cristalización) y Tm (temperaturas de fusión) para vidrios en perfectas condiciones (533 °C, 1005 °C, 1200 °C). En la DSC, el primer pico endotérmico a 176,23 °C para eliminar el H2O y otros disolventes. el pico exotérmico a 253,6 °C se debe a la reacción de pirólisis de especies orgánicas libres y/o a la liberación del agua resultante de la condensación adicional de silanol y grupos P-OH, como se describió en otro estudio46. El pico endotérmico que comienza a 535,27 °C está relacionado con la salida del grupo nitrato. La prueba DSC explica que todos los nitratos se eliminaron a 597,53 °C47. La transición vítrea (Tg) del vidrio de gel comenzó aproximadamente a 597,07 °C. Mientras que el pico exotérmico se centró en 1005,24 °C, que corresponde al proceso de cristalización del vidrio.

Curva DSC y TGA del polvo de gel de vidrio bioactivo después del secado a 120 °C durante 2 días.

Se siguió el cambio en los patrones de difracción de rayos X en todas las etapas del estudio de las muestras. Los patrones de difracción registrados revelaron la presencia de SCP en forma cristalina y mostraron los picos de difracción característicos de SCP y óxido de germanio, como se muestra en la Tabla 2, Figs. 4 y 5. Los picos de difracción de SCP se confirmaron al hacer coincidir las tarjetas 96-810-3588, 96-231-0557, 96-154-0706 y 96-153-0880 de la base de datos COD (Fig. 4), también muy cerrada a los sistemas de biovidrio similares informados48,49,50. Los picos de GeO2 coincidieron con precisión con la tarjeta PDF2 número 98-005-9625 para GeO2. De la Fig. 4 se desprende claramente que es el pico cristalino más prominente en el patrón SCP a 44,6° dedicado a P2O5, también informado para el silicato de fosfato de calcio (Ca15(PO4)2(SiO4)6)49, que puede explicarse por la hecho de que P2O5 es el componente más activo del sistema SCP para formar un núcleo cristalino del estado cristalino. Está de acuerdo con la literatura publicada anteriormente51.

Patrón de difracción del vidrio bioactivo (SCP) antes de añadir GeO2.

Patrones de difracción de SCP mezclados con diferentes porcentajes de GeO2.

Se observa que la muestra de biovidrio (SCP) aparece en estado cristalino, aunque no ha sido calentada a la temperatura de cristalización. Esto se puede explicar por lo publicado sobre la capacidad del biovidrio para recristalizarse a temperatura ambiente y en condiciones ambientales50. Además, la actividad de cristalización de los iones P2O551.

Después de la adición de ácido poliacrílico (PAA), los resultados de difracción mostraron un cambio en el estado cristalino de las muestras con diferentes porcentajes de óxido de germanio (Fig. 6), debido al efecto de la naturaleza amorfa del ácido poliacrílico52,53.

Patrones de difracción después de agregar el ácido poliacrílico.

La desaparición de la cristalinidad en la muestra de biovidrio 1 (Fig. 6) puede atribuirse al proceso de recristalización de las muestras después de disolverlas en ácido poliacrílico y a la posibilidad de formar enlaces entre SCP y PAA. Se informó que la existencia de PAA impide el proceso de cristalización y estabiliza el estado amorfo53. Sin embargo, la presencia de GeO en pequeñas porciones (muestras 2 y 3) puede interactuar con los iones SCP (P2O5) como lo predice el modelado molecular, lo que reduce el efecto del poliacrílico y restablece el estado cristalino nuevamente. Cuando se aumenta el porcentaje de óxido de germanio (SCPGe 25%), el exceso de GeO puede unirse al PAA, y entonces la capacidad de las moléculas para reordenarse disminuye y tiende nuevamente a la disposición amorfa.

Los resultados de la difracción del polvo de las muestras después de sumergirlas en el SBF en diferentes períodos de 4, 8 y 16 días mostraron la formación de hidroxiapatita (HA), Figs. 7, 8 y 9. HA definida con los picos más eminentes alrededor de 21°, 26° y 31° según la tarjeta número 98-008-2291 de la base de datos ICSD también reportó publicaciones19,49,54, lo cual fue confirmado por los resultados de IR. Sin embargo, se produjo una variación en el estado cristalino y el tamaño del cristalito, por lo que a veces parece cristalino y otras veces es amorfo, Figs. 7, 8 y 9 y Tabla 3.

Patrones de difracción después de agregar 4 días en SBF.

Patrones de difracción después de agregar 8 días en SBF.

Patrones de difracción después de agregar 16 días en SBF.

La diversidad del estado cristalino de la hidroxiapatita durante su formación con diferentes periodos la podemos explicar de la siguiente manera: el proceso de formación de capas de hidroxiapatita, como se ha publicado55,56, se desarrolla a través de varias etapas, comenzando desde la liberación de iones de biovidrio hasta interactúan con la solución, luego se forman en estado amorfo y luego comienzan los núcleos cristalinos en los que se acumulan las partículas. Este proceso puede ser mutuo y provocar que el estado cristalino de la muestra cambie con el tiempo.

El aspecto cristalino y tamaño de los cristalitos (Tabla 3) parece estar alternando entre relaciones Ge12% y Ge25% con un aumento en su período de inmersión en SBF, lo que indica que el estado cristalino se forma claramente en los mayores porcentajes de GeO2.

La mejora de las propiedades mecánicas del Ge25%, que se informó que las propiedades mecánicas mejoran en el estado cristalino, lo convierte en un fuerte candidato para aplicaciones médicas, lo cual es consistente con los resultados del IR para esta relación50.

Debido a la respuesta interfacial entre estos materiales y SBF, las bandas características iniciales de SCP, óxido de germanio, cambiaron dramáticamente después de la inmersión en SBF. Como resultado, los espectros de estos materiales revelaron nuevas bandas. Las bioactividades de los biomateriales producidos se evalúan utilizando como referencia los espectros IR de hidroxiapatita. Las bandas FTIR de las muestras de SCPGe (0, 6,25, 12,5, 25%) se muestran en la Fig. 10. Al comparar la inmersión, se formaron bandas adicionales a 505–556 cm−1, que corresponden a la curvatura P–O (cristalina) y P –Curvatura O (amorfa) respectivamente. La presencia de C-O cristalino extendiendo una banda de 963 cm-1 indica la formación de una capa de apatita de carbonato de hidroxilo (HCA) y se observa que su formación aumentó en la muestra de SCPGe 25. Debido a los grupos O – H (hidroxilo) en la superficie de las muestras, se pueden asignar las bandas en 1412 asociadas con el modo de expansión C – O (estiramiento). El comportamiento de las muestras en SBF a lo largo del tiempo muestra el mismo patrón, con una ligera disminución en la intensidad de la banda, lo que indica que el C – O favorece la producción de la capa de apatita de carbonato de hidroxilo (HCA).

FTIR del SCPGe (0, 6,25, 12,5, 25%) después de la inmersión en SBF durante 4 días.

Pero en la Fig. 11, rangos de FTIR para muestras de SCPGe (0, 6,25, 12,5, 25) en SBF. A 510–615 cm-1, que corresponde a la curvatura de P – O (cristalino) y la curvatura de P – O (amorfo) respectivamente, apareció 8 días más tarde en comparación con antes de la inmersión. La presencia de C – O cristalino que extiende una banda de 963 cm −1 indica la formación de una capa de apatita de carbonato de hidroxilo (HCA). Debido a los grupos O – H (hidroxilo) en la superficie de las muestras, se pueden asignar las bandas en 963 y 1412 cm-1 asociadas con el modo de expansión C – O (estiramiento). El comportamiento de las muestras en SBF a lo largo del tiempo muestra el mismo patrón, lo que indica que el C – O favorece la producción de la capa de apatita de carbonato de hidroxilo (HCA).

FTIR del SCPGe (0, 6,25, 12,5, 25) después de inmersión en SBF durante 8 días.

Después de una inmersión de 16 días en SBF, se les asigna a estirar las vibraciones del grupo PO43- en fases cristalinas de fosfato. Mientras que a 1180-1200 cm-1, se puede observar el estiramiento de los grupos P-O. Las bandas características de PO43− aparecieron cerca de 963 cm−1. Estos resultados indican que se está formando una capa de fosfato cálcico. La formación de la capa Ca-P condujo a una disminución de las bandas (565, 610, 630 y 1198 cm-1) relacionadas con la vibración del enlace Si-O-Si, lo que indica la formación de una capa de HA en la superficie del biocompuesto. Se observó que esta banda apareció débilmente en SCP, pero aumentó gradualmente hasta SCPGe25%. Además, observamos que el aumento de óxido de germanio aumenta la formación de hidroxiapatita (Fig. 12). Esto probablemente se debe a la red de vidrio menos densa generada por el GeO, la formación de más Si – O – NBO y la rotura de Si. Los enlaces –O–Si desempeñan un papel clave en la respuesta biológica en la interfaz de materiales bioactivos cuando se exponen a fluidos corporales, por lo que estudiar la configuración de los enlaces es un paso importante en el desarrollo de nuevos vidrios y sus aplicaciones biomédicas.

FTIR del SCPGe (0, 6,25, 12,5 y 25) tras inmersión en SBF durante 16 días.

Esto determina el efecto de la liberación de iones Ge sobre la bioactividad in vitro. Se realizaron pruebas de fluido corporal simulado (SBF) en cada período para establecer el efecto del reemplazo de Si4+ con Ge4+ en el proceso de mineralización. En particular, se aumentó el Ge-25% para cristalizar en hidroxiapatita (Ca5(PO4)3OH, después de 16 días de incubación en SBF.

La resistencia a la compresión de cada cemento se determinó en relación con la concentración de GeO2 (0, 6,2, 12,5 y 25% en peso), y los resultados se muestran en la Fig. 13. Los Cs para el control fueron 36,8 MPa, el Ge-6,25 fue 42,2 MPa, GeO2-12,5 fueron 55,9 MPa y GeO2-25 fueron 72,9 MPa. Para todas las muestras, los valores de R2 se estimaron en 0,996. En comparación con los vasos de control, la concentración de GeO2 aumentó (6,25–12,5–25%). Lo más probable es que esto se deba a la adición de Ge4+, que reduce la concentración de Si4+. Los SCPGe se crearon con concentraciones de PAA ya que la adición reduce las características reológicas. Esto se debe a un aumento en los grupos COO– en la matriz de polisal, lo que permite una quelación más rápida de cationes metálicos20 (Tabla 4).

La Cs (resistencia a la compresión) de SCP se determinó en relación con la concentración de GeO2 (0, 6,2, 12,5 y 25% en peso).

Porque la resistencia a la tracción de materiales frágiles como los cementos de vidrio biológico no se puede medir directamente. Debido a que muchos fracasos clínicos son causados por tensión de tracción, la resistencia a la tracción diametral (DTS) es un criterio clave. Las placas de compresión proporcionan una fuerza de compresión a lo largo del diámetro de una muestra cilíndrica en esta prueba. Si bien se desconocen las tensiones en las zonas de contacto, existe evidencia de un componente de compresión que evita que se propague la grieta por tracción. Los bloques de cemento tenían resistencias más altas con GeO2 añadido como se muestra en la Tabla 5. El aumento de la superficie del vidrio bioactivo causó esta diferencia porque el PAA utilizado para fabricar los bloques de cemento tenía el mismo peso molecular y concentración. El área de superficie interfacial entre las partículas de vidrio y PAA por unidad de volumen aumenta usando GeO2 porque GeO2 ha producido un vidrio bioactivo que exhibe un tamaño de grano superficial específico más alto debido al aumento de la rugosidad de la superficie que la muestra de control, que puede formar reticulación en la superficie de GIC. A partir de estudios previos, se ha demostrado en la Fig. 14, que Ge es responsable de aumentar las propiedades mecánicas de los GPC, como la resistencia y el módulo, con la correlación cruzada de la densidad de los cationes que quelan las cadenas poliénicas del ácido, y el grado en que estas cadenas están entrecruzadas entre sí. Es poco probable que el aumento de la densidad de reticulación de los cationes divalentes sea responsable del aumento de la rigidez porque tal mecanismo experimentaría un aumento simultáneo de la resistencia. Se describe que el entrelazamiento de las cadenas de polianiones limita su movimiento lateral, mientras que las interacciones con cadenas vecinas limitan su movimiento longitudinal28.

La DTS (resistencia a la tracción diametral) para cada muestra se determinó en relación con la concentración de Ge (0, 6,2, 12,5 y 25% en peso).

Al comparar la resistencia al corte (MPa) entre las muestras, tenemos resultados que se refieren a que SCPGe25% fue mayor en los valores medios de resistencia al corte (13.622) que SCPGe (0, 6.25 y 12.5) (3.552–6.456–9.422). (Tabla 6, Figura 15). De investigaciones anteriores existen métodos de unión de dos vertientes, en los que el tratamiento con ácido polialquinoico corto pule la superficie del diente; se elimina la capa de barrillo y las fibras de colágeno se exponen a una profundidad de aproximadamente 0,5 a 1 mm, luego los componentes de iones de vidrio se dispersan entre sí para formar una unión mecánica fina. Además de la presencia de enlace químico obtenido por la reacción iónica de los grupos carboxilo del ácido polialquienoico con iones calcio de hidroxiapatita que quedan unidos a las fibras de colágeno, lo que aumenta la resistencia a la hidrólisis21.

La resistencia al corte para cada muestra se determinó en relación con la concentración de Ge (0, 6,2, 12,5 y 25% en peso).

La actividad antimicrobiana de SCPGe fue activa contra bacterias Gram-positivas, Gram-negativas y Candida albicans con diferentes diámetros de zona de inhibición que van desde 13,6 a 23,6 mm, como se menciona en la Tabla 7 y la Fig. 16. SCPGe exhibió una actividad antibacteriana considerable contra K.pneumonia. con zonas de inhibición de 23,6 mm. Los controles antibióticos mostraron resultados diferentes: la rifampicina demostró un rango de diámetro de la zona de inhibición de 11,3 a 28 mm contra las bacterias analizadas, mientras que el fluconazol no demostró una zona de inhibición contra C. albicans.

Actividad antimicrobiana de (1 = SCPGe25%, 2 = Control negativo, C = Control positivo) contra (S. aureus, B. subtilis, E. coli, S. typhimurium, K. pneumonia y C. albicans).

Los valores de CIM de SCPGe oscilaron entre (3,125–25 %) como se muestra en la Tabla 8 y la Fig. 17. La concentración del 25 % produjo una fuerte actividad. Bacillus subtilis y Salmonella typhimurium mostraron el valor de CIM más bajo con una concentración del 3,125% y Escherichia coli mostró el valor de CIM más alto con un 12,5%.

Placa después de 24 h en ensayo de resazurina en caldo Mueller Hinton (MH) [el color rosa indica crecimiento y el azul significa inhibición del crecimiento; los organismos de prueba fueron (Ca, Candida albicans; Sa, Staphylococcus aureus; Bs, Bacillus subtilis; Ec, Escherichia coli; Kl, Klebsiella pneumonia y St, Salmonella typhimurium), primera fila (−ve) = control negativo o de esterilidad (caldo MH + agua destilada estéril + indicador) sin bacterias; última fila (+ve) = control positivo (caldo MH + suspensión bacteriana + indicador) sin compuestos; [de la 2.ª fila a la 7.ª fila (25, 12,5, 6,25, 3,125, 1,56 y 0,781%) compuesto de ensayo en dilución en serie + caldo MH + indicador + microorganismo).

La Figura 18 presentó la observación morfológica del HFB4 tratado con diferentes concentraciones de Ge/biovidrio bajo un microscopio invertido. Los datos resultantes revelaron que el examen morfológico de las líneas celulares normales HFB4 tratadas con germanio/biovidrio en diversas concentraciones reveló que hubo cambios menores en la morfología celular, incluido el agrandamiento y la granulación menor, especialmente en proporciones de concentración altas (1000 y 500 g ml-1). ) en comparación con el control como se muestra en la Fig. 18.

Observación morfológica de HFB4 tratado con diferentes concentraciones de Ge/biovidrio bajo microscopio invertido.

La Figura 19 presentó la viabilidad celular y la IC50 de muestras de Ge/biovidrio. Los resultados del ensayo MTT referidos a la concentración de la combinación requerida para una inhibición celular del 50% (valores de IC-50) fueron 257,94 µg ml-1 como se muestra en la Fig. 19.

Viabilidad celular e IC50 de Ge/bioglass.

Se utilizó la ruta sol-gel para preparar vidrio de silicato bioactivo ternario (69SiO2–27CaO–4P2O5) y luego se modificó con GeO2 (6,25, 12,5 y 25%) respectivamente. Las moléculas modelo calculadas en B3LYP/LanL2DZ muestran una mayor reactividad del vidrio de silicato bioactivo estudiado en términos de un mayor nivel de momento dipolar total TDM con la correspondiente menor energía HOMO/LUMO. Otra confirmación de la reactividad de la estructura estudiada se realizó mediante el mapeo del potencial electrostático molecular MESP. El contorno MESP mostró una mejora en la electronegatividad de los modelos estudiados, lo que confirma los datos obtenidos por TDM y energía HMOM/LUMO. Para seguir el efecto del GeO2 sobre las propiedades físicas se consultaron varias técnicas como las que se detallan a continuación. Comenzando con los resultados de DSC, se demostró que el primer pico endotérmico a 176,23 °C para eliminar H2O y otros disolventes, el pico exotérmico a 253,6 °C debido a la reacción de especies orgánicas libres de pirólisis y/o la liberación del agua resultante del Condensación de silanol y grupos P-OH. Otro pico endotérmico que comienza a 535,27 °C se refiere a la salida del grupo nitrato de la muestra. El vidrio gel tiene una Tg iniciada a aproximadamente 597,07 °C, el proceso de cristalización del vidrio corresponde al pico exotérmico centrado en 1005,24 °C. XRD que aclara la estructura de las muestras estudiadas, la presencia de los picos de difracción característicos de SCP y óxido de germanio en diferentes proporciones de mezcla. La adición de ácido poliacrílico (PAA) conduce a cambiar el estado cristalino de las muestras con diferentes porcentajes de adición de germanio, debido a la naturaleza amorfa del PAA. Después de sumergir las muestras en el SBF se observó la formación de hidroxiapatita. Sin embargo, se produjo una variación en el estado cristalino debido al proceso de formación de HA y el estado cristalino se forma claramente en los porcentajes más altos de GeO2, lo que sugiere Ge 25% para las aplicaciones médicas respaldadas por los resultados de otras caracterizaciones. ART-FTIR investigó las bioactividades de las muestras después de la inmersión en SBF en diferentes tiempos, lo que puede opcionalmente formar una capa de hidroxiapatita en la superficie de las muestras, lo que formó una capa de carbonato de hidroxilo apatita (HCA) que aumentó en una proporción de GeO2 del 25 % de la muestra. Esto concuerda bien con los obtenidos por XRD. El estudio de propiedades mecánicas, como resistencia a la compresión, resistencia a la tracción diametral y resistencia al corte, indicó que cuando se agrega GeO2 al vidrio bioactivo, las propiedades del estudio mecánico aumentan al aumentar la proporción de GeO2. Finalmente, los resultados antimicrobianos demuestran que las muestras tienen un efecto positivo tanto contra bacterias Gram positivas como Gram negativas y Candida albicans. Además, la prueba de MIC mostró la actividad más fuerte con un 25%, el valor de MIC más bajo con una concentración de 6,25% y Escherichia coli mostró el valor más alto con un 12,5%.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el presente estudio están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable. Póngase en contacto con el autor correspondiente: [email protected].

Abbasi, Z., Bahroloolum, ME, Shariat, MH y Bagheri, R. Vidrios bioactivos en odontología: una revisión. J. Vidrio. Odontología Rev. 2, 25 (2015).

Google Académico

Cannio, M., Bellucci, D., Roether, JA, Boccaccini, DN y Cannillo, V. Aplicaciones de vidrio bioactivo: una revisión de la literatura de ensayos clínicos en humanos. Materiales 14, 5540 (2021).

Artículo de Google Scholar

Yelick, PC y Sharpe, PT Bioingeniería dental y odontología regenerativa. J. Dent. Res. 98, 1173-1182 (2019).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Boyd, D. & Towler, MR El procesamiento, las propiedades mecánicas y la bioactividad de los cementos de ionómero de vidrio a base de zinc. J. Mater. Ciencia. Madre. Medicina. 16, 843–850 (2005).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Higgins, TF, Dodds, SD y Wolfe, SW Un análisis biomecánico de la fijación de fracturas intraarticulares de radio distal con cemento óseo de fosfato de calcio. J. Cirugía de la articulación ósea. 84, 1579 (2002).

Artículo PubMed Google Scholar

Towler, MR y cols. Liberación de iones de zinc a partir de nuevos biomateriales de tejidos duros. Biomedicina. Madre. Ing. 14, 18 (2004).

Google Académico

Carrilho, M. & Paulo, HD Materiales Compuestos Dentales para Restauraciones Directas. Materiales compuestos dentales para restauraciones directas (Springer International Publishing, Reino Unido, 2018).

Google Académico

Hafshejani, TM et al. Materiales restauradores de cemento de ionómero de vidrio antibacteriano: una revisión crítica sobre el estado actual de las formulaciones de liberación prolongada. J. Control. Versión 262, 317–328. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2017.07.041 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Hench, LL Aplicaciones clínicas de gafas bioactivas: ORL. En Introducción a la biocerámica, segunda edición (Imperial College Press, 2013). https://doi.org/10.1142/9781908977168_0007.

Eftekhar-Ashtiani, R., Alam, M., Tavakolizadeh, S. & Abbasi, K. El papel de los biomateriales y los materiales biocompatibles en las prótesis dentales implantosoportadas. Evidente. Complemento basado. Alternativo. Medicina. 2021, 1–9. https://doi.org/10.1155/2021/3349433 (2021).

Artículo de Google Scholar

Kenny, SM & Buggy, M. Cementos y rellenos óseos: una revisión. J. Mater. Ciencia. Madre. Medicina. 14, 923. https://doi.org/10.1023/A:1026394530192 (2003).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Alhalawani, AMF, Curran, DJ, Boyd, D. & Towler, MR El papel del poli(ácido acrílico) en los cementos de polialquenoato de vidrio convencionales. J. Polim. Ing. 36, 221–237. https://doi.org/10.1515/polyeng-2015-0079 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Khader, B., Peel, S. & Towler, M. Un cemento de polialquenoato de vidrio inyectable diseñado para la fijación y estabilización de fracturas. J. Función. Biomateria. 8, 25 (2017).

Artículo PubMed PubMed Central Google Scholar

Dickey, B., Lee, A., Zhang, XF y Boyd, D. El efecto de la composición y el recocido sobre las propiedades de los GPC sin aluminio: una evaluación preliminar. Madre. Letón. 129, 191-194 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Mansour, E., El-Damrawi, G., Fetoh, RE y Doweidar, H. Cambios en las propiedades estructurales de los vidrios ZnO-PbO-GeO2. EUR. Física. JB 83, 133-141 (2011).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Zhang, X., Werner-Zwanziger, U. & Boyd, D. Relaciones composición-estructura-propiedad para cementos ionómeros no clásicos formulados con vidrios a base de zinc-boro-germanio. J. Biomater Appl. 29, 1203-1217 (2015).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Dickey, BT, Kehoe, S. & Boyd, D. Nuevas adaptaciones a los cementos de polialquenoato de vidrio de silicato de zinc: las influencias inesperadas de los vidrios a base de germanio en las características de manipulación y las propiedades mecánicas. J. Mech. Comportamiento. Biomédica. Madre. 23, 8-21 (2013).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Mohammed, NY, Sharaf, AA, Talaat, DM y Hanafi, SA Evaluación de la resistencia al corte de nanopartículas de carbómero de vidrio y de ionómero de vidrio de alta viscosidad en la dentina de los dientes primarios (estudio in vitro). Alex. Mella. J. 43, 17-21 (2018).

Artículo de Google Scholar

Mokhtari, S. y col. Investigación del efecto del germanio en la estructura de los vidrios SiO2-ZnO-CaO-SrO-P2O5 y la posterior influencia en la formación, solubilidad y bioactividad del cemento de polialquenoato de vidrio. Madre. Ciencia. Ing. C 103, 109843 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Malavasi, G. & Pedone, A. El efecto de la incorporación de cationes con actividad mimética de catalasa sobre las propiedades estructurales, térmicas y de durabilidad química del 45S5 Bioglass®. Acta Mater. 229, 117801 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Hoon Lee, S. y Botu, V. Un estudio ab-initio de alto rendimiento de diversos vidrios: precisión de la estructura atómica y el índice de refracción. Computadora. Madre. Ciencia. 214, 111765 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Xie, K. y col. Estudio sobre la relación estructura-rendimiento de compuestos de polipropileno mejorados con RGO con resistencia mejorada al oxígeno atómico. Compos. B Ing. 239, 109970 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Youness, RA, Taha, MA e Ibrahim, MA Efecto de las temperaturas de sinterización sobre la bioactividad in vitro, la estructura molecular y las propiedades mecánicas de los nanobiocompuestos de titanio/hidroxiapatita carbonatada. J. Mol. Estructura. 1150, 188-195 (2017).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Youness, RA, Taha, MA e Ibrahim, MA Bioactividad in vitro, estructura molecular y propiedades mecánicas de nanobiocompuestos de hidroxiapatita carbonatada de circonio sinterizados a diferentes temperaturas. Madre. Química. Física. 239, 122011 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Youness, RA, Taha, MA, El-Kheshen, AA, El-Faramawy, N. & Ibrahim, M. Evaluación de bioactividad in vitro, comportamiento antimicrobiano y propiedades mecánicas de vidrios de fosfato que contienen cerio. Madre. Res. Expreso 6, 075212 (2019).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Taha, MA, Youness, RA & Ibrahim, M. Biocompatibilidad, propiedades fisicoquímicas y mecánicas de nanocompuestos de dióxido de silicio a base de hidroxiapatita para aplicaciones biomédicas. Cerámica. En t. 46, 23599–23610 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Youness, RA, Ibrahim, MA & Taha, MA Evaluación del comportamiento eléctrico y dieléctrico de la capa de apatita formada en la superficie de nanocompuestos híbridos de hidroxiapatita/hardystonita/óxido de cobre para aplicaciones de reparación ósea. Cerámica. En t. 48, 19837–19850 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Deniard, P. Capítulo 7 Difracción de rayos X y materiales vitrocerámicos. Cristal de cristal 2021, 201–228. https://doi.org/10.1051/978-2-7598-1997-3.C014/HTML (2021).

Artículo de Google Scholar

Mabied, AF, Shalaby, AR, Ramadan, AA, Abaid, MR y Hashem, HM Estudio sobre la calidad de la función de distribución de pares para el enfoque espacial directo de la investigación de estructuras. En t. J. Ciencia de película delgada. Tecnología. 11, 143-152. https://doi.org/10.18576/ijtfst/110118 (2022).

Artículo de Google Scholar

Frisch, MJ y cols. Gaussian09, Revisión, Gaussian, Inc., Wallingford CT. En Gaussian09, Revisión, Gaussian, Inc., Wallingford CT (2010).

Becke, AD Termoquímica densidad-funcional. III. El papel del intercambio exacto. J. química. Física. 98, 5648–5652 (1993).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Lee, C., Yang, W. & Parr, RG Desarrollo de la fórmula de correlación-energía de Colle-Salvetti en un funcional de la densidad electrónica. Física. Rev. B 37, 785–789 (1988).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Vosko, SH, Wilk, L. y Nusair, M. Energías de correlación líquida de electrones dependientes del espín precisas para cálculos de densidad de espín local: un análisis crítico. Poder. J. Física. 58, 1200-1211 (1980).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Politzer, P., Laurence, PR y Jayasuriya, K. Potenciales electrostáticos moleculares: una herramienta eficaz para el esclarecimiento de fenómenos bioquímicos. Reinar. Perspectiva de salud. 61, 191 (1985).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Pullman, A. & Pullman, B. Potencial electrostático molecular de los ácidos nucleicos. Q. Rev. Biophys. 14, 289–380 (1981).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Weiner, PK, Langridge, R., Blaney, JM, Schaefer, R. y Kollman, PA Superficies moleculares potenciales electrostáticas. Proc. Nacional. Acad. Ciencia. Estados Unidos 79, 3754 (1982).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

CLSI. En Normas de desempeño para pruebas de susceptibilidad a los antimicrobianos; Vigésimo Séptimo Suplemento Informativo. Documento CLSI M100-S27. CLSI. Normas de desempeño para pruebas de susceptibilidad a los antimicrobianos. 27ª edición. Suplemento CLSI M100. Wayne, PA: Instituto de Estándares Clínicos y de Laboratorio; 2017 (2017).

Kokubo, T. y Takadama, H. ¿Qué utilidad tiene el SBF para predecir la bioactividad ósea in vivo? Biomateriales 27, 13-18 (2006).

Artículo de Google Scholar

Degen, T., Sadki, M., Bron, E., König, U. y Nénert, G. La suite HighScore. Diferencia de polvo. 29, T13-T18 (2014).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Roisnel, T. & Rodríguez-Carvajal, J. WinPLOTR: una herramienta de ventanas para el análisis de patrones de difracción de polvo. Madre. Ciencia. Foro 378–381, 118–123 (2001).

Artículo de Google Scholar

El Sherbiny, GM, Moghannem, SAM & Sharaf, MH Actividades antimicrobianas y citotoxicidad del extracto de Sisymbrium irio L. contra bacterias multirresistentes (MDRB) y Candida albicans. En t. J. Curr. Microbiol. Aplica. Ciencia. 6, 1-13 (2017).

Artículo de Google Scholar

Khalifa, RA, Nasser, MS, Gomaa, AA, Osman, NM y Salem, HM Método de placa de ensayo de microtitulación de resazurina para la detección de la susceptibilidad de Mycobacterium tuberculosis multirresistente a fármacos antituberculosos de segunda línea. Egipto. J. Enfermedad del tórax. Tuberculos. 62, 241–247 (2013).

Artículo de Google Scholar

Sarker, SD, Nahar, L. & Kumarasamy, Y. Ensayo antibacteriano basado en placas de microtitulación que incorpora resazurina como indicador del crecimiento celular y su aplicación en la detección antibacteriana in vitro de fitoquímicos. Métodos 42, 321–324 (2007).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

El-Sayed, MH, Alshammari, FA y Sharaf, MH Potencialidad antagonista del extracto derivado de actinomicetos con capacidades antibiopelículas, antioxidantes y citotóxicas como estrategia de lucha natural para patógenos ESKAPE resistentes a múltiples fármacos. J. Microbiol. Biotecnología. 33, 61–74 (2023).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Oki, A., Parveen, B., Hossain, S., Adeniji, S. y Donahue, H. Preparación y bioactividad in vitro de materiales de biovidrio derivados de sol-gel que contienen zinc. J. Biomed. Madre. Res. A 69A, 216–221 (2004).

Artículo CAS Google Scholar

Pickup, DM, Wetherall, KM, Knowles, JC, Smith, ME & Newport, RJ Preparación sol-gel y estudio XRD de alta energía de vidrios (CaO)x(TiO2) 0,5–x(P2O5)05 (x = 0 y 0,25). J. Mater. Ciencia. Madre. Medicina. 19, 1661–1668 (2008).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Quintero-Sierra, LA & Escobar, DM Caracterización y comportamiento de bioactividad de vitrocerámicas bioactivas derivadas sol-gel a partir de precursores no convencionales. Boleto. Soc. España. Cerámica. Vidrio 58, 85 (2019).

Artículo de Google Scholar

Catauro, M., Bollino, F., Renella, RA & Papale, F. Síntesis sol-gel de vidrios SiO2-CaO-P2O5: influencia del tratamiento térmico en su bioactividad y biocompatibilidad. Cerámica. En t. 41, 12578–12588 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Vukajlovic, D., Novakovic, K. & Bretcanu, O. Autocristalización, una propiedad inesperada de 45S5 Bioglass®. Química. Comunitario. 57, 13558–13561 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Zheng, X., Wen, G., Song, L. & Huang, XX Efectos del P2O5 y el tratamiento térmico sobre la cristalización y la microestructura en cerámicas de vidrio de disilicato de litio. Acta Mater. 56, 549–558 (2008).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Miyazaki, T., Yoshioka, S., Aso, Y. y Kojima, S. Capacidad de la polivinilpirrolidona y el ácido poliacrílico para inhibir la cristalización del paracetamol amorfo. J. Farmacéutica. Ciencia. 93, 2710 (2004).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Trasi, NS y Taylor, LS Efecto de los polímeros sobre la nucleación y el crecimiento de cristales de paracetamol amorfo. CrystEngComm 14, 5188 (2012).

Artículo CAS Google Scholar

Rezaei, Y., Moztarzadeh, F., Shahabi, S. & Tahriri, M. Síntesis, caracterización y bioactividad in vitro de vidrio bioactivo SiO2-CaO-P2O5-MgO-SrO derivado de sol-gel. Cerámica. En t. 44, 692–701. https://doi.org/10.1080/15533174.2013.783869 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Rabiee, SM, Nazparvar, N., Azizian, M., Vashaee, D. y Tayebi, L. Efecto de la sustitución de iones en las propiedades de los vidrios bioactivos: una revisión. Cerámica. En t. 41, 7241–7251 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Rabiee, SM, Nazparvar, N. & Rajabi, M. Comportamiento estructural y evaluación de bioactividad in vitro de vitrocerámicas derivadas de sol-gel basadas en el sistema SiO2-CaO-P2O5-ZnO. SILICIO 10, 67–75 (2018).

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Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Autoridad de Financiamiento de Ciencia, Tecnología e Innovación (STDF) en cooperación con el Banco Egipcio de Conocimiento (EKB).

Departamento de Ciencias Básicas, Instituto Superior de Ingeniería y Tecnología de Octubre-OHI, Ciudad 6 de Octubre, Giza, Egipto

Taha M. Tiama

Unidad de Modelado y Espectroscopía Molecular, Departamento de Espectroscopia, Centro Nacional de Investigación, 33 El-Bohouth St., Dokki, Giza, 12622, Egipto

Medhat A. Ibrahim

Departamento de Botánica y Microbiología, Facultad de Ciencias, Universidad Al-Azhar, El Cairo, Egipto

Mohamed H. Sharaf

Laboratorio de Cristalografía de Rayos X, Departamento de Física del Estado Sólido, Centro Nacional de Investigación, 33 El-Bohouth St., Dokki, Giza, 12622, Egipto

Ahmed F. Mabied

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Preparación TMT y caracterización de muestras, redacción del artículo, discusión de los resultados, MAI realizando modelos moleculares y mediciones FTIR y contribuyendo en la redacción y revisión del artículo. MHS realiza la prueba antibacteriana y MIC y contribuye en la redacción y revisión del artículo. AFM realizó mediciones y análisis de XRD y luego contribuyó en la redacción, discusión y revisión del artículo.

Correspondencia a Ahmed F. Mabied.

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Tiama, TM, Ibrahim, MA, Sharaf, MH et al. Efecto del óxido de germanio sobre los aspectos estructurales y la bioactividad del vidrio de silicato bioactivo. Informe científico 13, 9582 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36649-5

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Recibido: 02 de abril de 2023

Aceptado: 07 de junio de 2023

Publicado: 13 de junio de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36649-5

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