Microsoft Word Ksi\271\277ka abstrakt\363w doc

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
194
T1: P–61 
Effect of heat treatment on the structure of gel derived material from 
the SiO
2
-Al
2
O
3
 system 
 
Katarzyna Cholewa-Kowlaska
1
, Michal Dziadek
1
, Barbara Zagrajczuk
1
, 
Klaudia Chciuk
1
, and Maria Łączka
1
 
 
1 
AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, 
Department of Glass Technology and Amorphous Coatings, 30 Mickiewicza Av., 30-059 Krakow, 
e-mail: [e-mail] 
  
 
The structure of non-crystalline aluminium silicate glasses has been a point of interest for many 
years.  As  the  glass  forming  ability  of  silica  melts  with  considerable  amounts  of  alumina  is  low, 
special  preparation  methods  should  be  used  in  order  to  supress  crystallization  i.e.  ultra-rapid 
quenching of the melt, CVD process.  
 
One of the most suitable method for obtaining glasses from the Al
2
O
3
–SiO
2
 system is the sol-gel 
process, however several chemical routes are available for preparing chemically homogeneous gels. 
In  the  present  study  tetraethoxysilane  Si(OC
2
H
5
)
4
  (TEOS),  aluminium  tri-sec-butylate  (TBA) 
Al(OCH[CH
3
]C
2
H
5
)
3
, and aluminium chloride AlCl
3
·6H
2
O were used as the precursors for SiO
2
 and 
Al
2
O
3
 respectively. The reactions were provided in water based solution at the presence HCl as the 
hydrolysis  and  condensation  catalyst.  Several  composition  xSiO
2
–(100–x)Al
2
O
3
  were  synthetized 
were  x=100,  90,  80,  50  mol%.  After  gelation  the  gels  were  subjected  to  thermal  treatment  at  the 
temperatures 500–900°C and next their phase composition and structure were investigated. We have 
used  FTIR  spectroscopy,  XRD  analysis  as  well  as 
27
Al, 
29
Si  MAS  NMR  to  investigate  the  local 
structures about Si and A1. Phase analysis reveals that materials with high silica content after heating 
at  different  temperatures  remain  amorphous,  while  with  the  increase  of  Al
2
O
3
  concentration  the 
beginning of crystallization γ-Al
2
O
3
 was observed. The FTIR spectra of obtained glasses show three 
main  absorption  bands  at  around  460,  805  cm
−1
  range  and  1100  cm
−1
  correspond  to  bending 
vibrations  of  O–Si–O  and  stretching  of  Si–O–Si  bonds.  Additional  shoulder  observed  around  1220 
cm
−1
 can be ascribed to the longitudinal optical Si–O–Si asymmetric stretching vibrations. There are 
also observed band characteristic for Al in octahedral and tetrahedral coordination in the range 600–
800 cm
−1
 and 1370 cm
−1
 [1]. The new bands appeared after thermal treatment at temperatures 700–
900°C are related to the γ-Al
2
O
3
. Analysis of 
29
Si MAS NMR of the materials with Al
2
O
3 
≤ 20 mol% 
suggest  the  presence  only  Q4  species,  while  in  glasses  with  the  50  mol%  Al
2
O
3
  concentration  Q3 
entities are observed. One central problem has been the nature of the aluminum coordination in these 
glasses. Interestingly in the 
27
Al MAS NMR spectra of all materials three resonances at 0, 30, 55 ppm 
are present characteristic for octahedral, pentahedral and tetrahedral coordination of Al, respectively 
[2]. The most intense resonance for Al in CN
5
 is observed for 50 mol% SiO
2
 – 50 mol% Al
2
O
3
 glass.  
 
Evaluation of the heat treatment influence on the phase composition and structure is an important 
aspect in the investigation on gel-derived materials Research conducted on the influence of different 
types of  heat  treatments on the  gel-derived  materials from  the  SiO
2
-Al
2
O
3
 enables  us their full  and 
detailed  characterization  and  facilitate  a  further  designing  of  similar  materials  with  the  requested 
properties.  
  
Keywords: alumino-silicate glasses; FTIR; NMR spectroscopy  
 
Acknowledgments 
This  work  was  supported  by  the  National  Science  Centre,  Poland  (2014/13/B/ST8/02973)  and  Polish 
Ministry  for  Science  and  Higher  Education,  AGH  University  of  Science  and  Technology,  Faculty  of 
Materials Science and Ceramics (11.11.160.365). 
 
References 
[1]  M. Schmucker at al.. J. Non-Crystal. Sol. 217 (1997) 99. 
[2]  R.K. Sato, P.F. McMillan, J. Phys. Chem. 95 (1991) 4483. 
 

---

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
 
195
T1: P–62 
FTIR, Raman and XRD investigations of CuO-doped silicate bioactive 
glasses with potential angiogenic activity 
 
Michal Dziadek
1
, Barbara Zagrajczuk
1
, Michal Palczynski
1
, 
and Katarzyna Cholewa-Kowlaska
1
 
 
1 
AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, 
Department of Glass Technology and Amorphous Coatings, 30 Mickiewicza Av., 30-059 Krakow, 
e-mail: [e-mail] 
  
 
One of the biggest challenges in regenerative medicine is promoting sufficient vascularisation of 
tissue-engineered  constructs.  One  approach  to  overcome  this  challenge  is  to  target  the  cellular 
Hypoxia Inducible Factor (HIF-1α) pathway, which responds to low oxygen concentration (hypoxia) 
and results in the activation of numerous pro-angiogenic genes including vascular endothelial growth 
factor  (VEGF).  Copper  ions  are  known  to  mimic  hypoxia  by  artificially  stabilising  the  HIF-1α 
transcription factor [1, 2]. We hypothesized that bioactive glasses with controllable Cu
2+
 ion release 
could  mimic  hypoxic  condition  and  induce  the  coupling  of  osteogenesis  and  angiogenesis,  which 
would be of great interest for applications in bone tissue engineering. A major challenge is obtaining 
therapeutic but not cytotoxic concentration of active ions in implantation site. The controlled release 
rate  of  copper  ions  from  bioactive  glass  is  vital  for  any  tissue  engineering  applications.  It  is  well 
known  that solubility of glasses  is a complex function  of chemical composition, structure,  material 
chemistry, as well as their texture properties. Therefore, in order to be able to model and predict the 
solubility  behavior  of  bioactive  glasses,  and  therefore  ion  release  rate,  it  is  important  to  have  an 
understanding  of  the  structure  and  any  modifications  that  may  result  due  to  the  incorporation  of 
additional elements. 
 
The effect of CuO substitution for CaO in two glasses with different chemical compositions (mol 
%) A2Cu: (54–x)CaO–xCuO–6P
2
O
5
–40SiO
2
 and S2Cu: (16–x)CaO–xCuO–4P
2
O
5
–80SiO
2
 (x=0, 1, 3, 
and 5) stabilized at 700°C on their structure and bioactive properties was investigated. A2Cu group of 
glasses  were  synthetized  with  the  use  of  sol-gel  and  melt-quenching  method,  while  S2Cu  group  of 
glasses were produced using melt-quenching technique. The structure of resulting glasses was studied 
using FTIR and Raman spectroscopy and X-ray diffraction (XRD). Furthermore, bioactive properties 
of  materials  was  assessed  using  SEM/EDX,  FTIR,  and  XRD  methods  after  7  and  14  days  of 
incubation in simulated body fluid (SBF). 
 
The results show that the effect of copper substitution on the structure and crystallization ability 
of gel-derived glass strongly depends on SiO2/CaO molar ratio in glass composition. XRD and FTIR 
studies  indicate  that  gradual  increase  of  CuO  content  in  both  A2  and  S2  gel  glasses  results  in  the 
enhancement of crystallization process. The presence of 3–5 mol% of CuO in calcium-rich gel glass 
(A2 group) leads to expansion and disruption of the silicon-oxygen network. While, the addition of 
Cu  to  the  silica-rich  gel  glass  (S2  group)  does  not  significantly  change  the  polymerisation  of  glass 
network.  In  case  of  melt-derived  glasses,  results  show  that  copper  substitution  do  not  change 
significantly structure of A2 material. Glasses remain translucent and have amorphous character, as 
demonstrated  by  XRD,  as  well  as  FTIR,  and  Raman  spectroscopy.  Further  investigations  of  glass 
dissolution and in vitro cell response are needed to determine the real effect of CuO substitution on 
the properties of bioactive glasses and to correlate them with their structure. 
 
 
Keywords: bioactive glasses; FTIR; Raman spectroscopy  
 
Acknowledgments 
This work was partially supported by the National Science Centre, Poland (2015/17/N/ST8/00226) and the 
Polish Ministry for Science and Higher Education, AGH University of Science and Technology, Faculty of 
Materials Science and Ceramics (15.11.160.014). 
 
References 
[1]  Chengtie Wu et al., Biomaterials 34 (2013) 422. 
[2]  Shichang Zhao et al., Acta Biomaterialia 14 (2015) 185. 

---