Synthesis of high crystallinity biphasic calcium phosphates/gold nanoparticles composites by solution combustion method with antimicrobial response

Abstract

Calcium phosphates are biomaterials widely used in bone tissue engineering. In recent years, the alternative of obtaining these materials with antimicrobial properties, has been explored due to the multiple advantages that this would imply in the design of devices or implants that prevent the failure of these associated with bacterial colonization. The goal of the present work was obtaining gold nanoparticles supported on biphasic calcium phosphates (BCPs) with high crystallinity by one-step solution combustion technique, and with antimicrobial response, a fact that can significantly reduce the production cost of these materials. X-ray diffractograms (XRD) showed that prepared powders have high crystallinity owing to high temperatures during the combustion reaction, also Rietveld refinement showed that the inclusion of gold nanoparticles (AuNPs) influenced the phases’ ratio obtained. Furthermore, scanning electron microscopy (SEM) showed agglomeration of particles with morphologies with shape tending to be equigranular, while the presence of AuNPs was corroborated by transmission electron microscopy (TEM). All samples that were obtained in a single step, by solution combustion, showed antimicrobial behavior validated through the inhibition halos, whereas particles subjected to thermal treatment lost their antimicrobial response. Resumen: Los fosfatos de calcio son biomateriales ampliamente usados en ingeniería de tejido óseo. En los últimos años, la alternativa de obtener estos materiales con propiedades antimicrobianas ha sido explorada debido a las múltiples ventajas que presentan en el diseño de dispositivos o implantes que incluyan la prevención de fallas asociadas a la colonización bacteriana. El principal objetivo de esta investigación fue obtener nanopartículas de oro soportadas en fosfatos de calcio bifásicos bien cristalizados en una sola etapa mediante la técnica de combustión de soluciones y con respuesta antimicrobiana, un hecho que puede significar la reducción del coste de producción de estos materiales. Los difractogramas de rayos X evidenciaron que los polvos preparados presentaron una alta cristalinidad debido a las altas temperaturas durante la reacción de combustión. El refinamiento Rietveld mostró que la inclusión de las nanopartículas de oro influenciaron la relación de las fases obtenidas. La microscopia electrónica de barrido mostró la aglomeración de partículas con morfologías tendentes a ser equigranulares. La presencia de nanopartículas de oro fue corroborada mediante microscopia electrónica de transmisión. Todas las muestras que fueron obtenidas en un solo paso mediante la combustión de soluciones mostraron un comportamiento antimicrobiano validado a través de halos de inhibición, mientras que, en las partículas sometidas a tratamiento térmico, este comportamiento estuvo ausente.

Keywords

• Fosfatos de calcio bifásicos
• Nanopartículas de oro
• Combustión de soluciones
• Alta cristalinidad
• Respuesta antimicrobiana