ИССЛЕДОВАНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ГИДРОКСИАПАТИТОВ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА
|
Введение 3
1 Гидроксипатиты: свойства, синтез, применение 6
1.1 Физические свойства 6
1.2 Наногидроксиапатиты 10
1.3 Методы синтеза 11
1.4 Применение в медицине 13
2. Теория ЭПР спектроскопии 15
2.1 Метод ЭПР 15
2.1.1 Введение в ЭПР 15
2.1.2 Сверхтонкое взаимодействие 21
2.2 Свободные радикалы 23
2.3 ЭПР в порошках 25
3 Практическая часть 255
3.1 Материалы и методы 255
3.2 Результаты и обсуждения 30
4 Выводы 444
Публикации по теме 455
Благодарности 466
Литература 477
1 Гидроксипатиты: свойства, синтез, применение 6
1.1 Физические свойства 6
1.2 Наногидроксиапатиты 10
1.3 Методы синтеза 11
1.4 Применение в медицине 13
2. Теория ЭПР спектроскопии 15
2.1 Метод ЭПР 15
2.1.1 Введение в ЭПР 15
2.1.2 Сверхтонкое взаимодействие 21
2.2 Свободные радикалы 23
2.3 ЭПР в порошках 25
3 Практическая часть 255
3.1 Материалы и методы 255
3.2 Результаты и обсуждения 30
4 Выводы 444
Публикации по теме 455
Благодарности 466
Литература 477
Благодаря своему нахождению в природе и в живых организмах, фосфаты кальция (ФК) являются объектом интереса многих сфер исследования, таких как геология, химия, биология и медицина [1]. Среди фосфатов кальция отдельно выделяются гидроксиапатиты. Термин «апатит» был введен в 1786 году немецким геологом Абрахамом Готтлобоми Вернером. В основе лежит греческое слово «apatao», что означает «вводить в заблуждение».
Каждый год более 2.2 млн. человек по всему миру нуждаются в операции по костной трансплантации по разнообразным причинам: несчастные случаи, травмы, болезни (резекция опухолей). Тем временем повышается продолжительность жизни человека. По этой причине проблема создания долговечных, биосовместимых имплантов является на сегодняшней день очень актуальной.
Костная ткань имеет в составе гидроксиапатит (70%), коллаген (коллагенновые фибриллы 1 типа, 20%) и воду (10%), что делает гидроксиапатит одним из наиболее выгодных материалов для костных имплантов, благодаря его высокой биосовместимости и остеокондуктивности. Существует множество методов синтеза ГАп, среди которых наиболее распространенным (промышленным) методом синтеза является метод осаждения водных растворов, на основе раствора соли Ca(NO3)2. Несмотря на простоту и экономичность этого метода, его недостаток заключается в том, что синтезированный таким образом ГАп может иметь в своем составе азотные соединения. Хотя важность оксида азота в биологических процессах в организме (положительный эффект при кардиоваскулярных болезнях, снижение уровня супероксида и пероксида, ответ на воспалительные процессы, формирование памяти) является доказанной [2], высокие концентрация азотцентрированных комплексов имеют негативное влияние (замедление формирования остеокластов, ухудшение резорпции) [3]. Противоречивого влияния оксида азота, находящегося в виде примеси в составе ГАп, на костную ткань можно избежать посредством альтернативного метода синтеза, не использующего нитратные соли NO3 в качестве одного из расходных реактивов. Таким методом является синтез на основе хлорида кальция, рассмотренный в данной работе. Соли хлорной кислоты являются нейтральными по отношения к человеческому организму, так, например, физраствор представляет собой раствор NaCl.
Исследования образцов ГАп, синтезированных на основе хлорида, нитрата и смешанным методом проводились рядом различных техник. Синтез порошка ГАп, его состаривание в маточном растворе, температурная обработка, получение изображений на растровом микроскопе, спектроскопия инфракрасного диапазона (ИК) и рентгеноструктурный анализ проводились в Институте металлургии и материаловедения (ИМЕТ РАН) им. А.А. Байкова (г. Москва). Исследование методом электронного парамагнитного резонанса и частичный рентгеноструктурный анализ проводились на кафедре квантовой электроники и радиоспектроскопии КФУ.
Целью данной работы является изучение и сравнение гидроксиапатитов (ГАп), синтезированных на основе CaCl2, Ca(NO3)2 и их комбинации
В данной работе решались следующие задачи:
1. Синтез порошков ГАп методом осаждения водных растворов: с хлоридом в качестве одного из исходных реактивов, нитратом в качестве одного из исходных реактивов, а также на основе их комбинации.
2. Получение снимков порошков ГАп на электронном растровом микроскопе.
3. Проведение рентгеноструктурного анализа полученных порошков ГАп, с целью проверки процесса синтеза и наличия посторонних фаз.
4. Проведение анализа методом ИК-спектроскопии полученных порошков ГАп.
5. Исследование порошков ГАп методом ЭПР на спектрометре Х- диапазона (9,6 ГГц), оценка спектроскопических параметров полученных спектров.
Работа финансировалась проектом Российского фонда фундаментальных исследований РФФИ № 18- 32-00337 («мой первый грант», руководитель проекта).
Каждый год более 2.2 млн. человек по всему миру нуждаются в операции по костной трансплантации по разнообразным причинам: несчастные случаи, травмы, болезни (резекция опухолей). Тем временем повышается продолжительность жизни человека. По этой причине проблема создания долговечных, биосовместимых имплантов является на сегодняшней день очень актуальной.
Костная ткань имеет в составе гидроксиапатит (70%), коллаген (коллагенновые фибриллы 1 типа, 20%) и воду (10%), что делает гидроксиапатит одним из наиболее выгодных материалов для костных имплантов, благодаря его высокой биосовместимости и остеокондуктивности. Существует множество методов синтеза ГАп, среди которых наиболее распространенным (промышленным) методом синтеза является метод осаждения водных растворов, на основе раствора соли Ca(NO3)2. Несмотря на простоту и экономичность этого метода, его недостаток заключается в том, что синтезированный таким образом ГАп может иметь в своем составе азотные соединения. Хотя важность оксида азота в биологических процессах в организме (положительный эффект при кардиоваскулярных болезнях, снижение уровня супероксида и пероксида, ответ на воспалительные процессы, формирование памяти) является доказанной [2], высокие концентрация азотцентрированных комплексов имеют негативное влияние (замедление формирования остеокластов, ухудшение резорпции) [3]. Противоречивого влияния оксида азота, находящегося в виде примеси в составе ГАп, на костную ткань можно избежать посредством альтернативного метода синтеза, не использующего нитратные соли NO3 в качестве одного из расходных реактивов. Таким методом является синтез на основе хлорида кальция, рассмотренный в данной работе. Соли хлорной кислоты являются нейтральными по отношения к человеческому организму, так, например, физраствор представляет собой раствор NaCl.
Исследования образцов ГАп, синтезированных на основе хлорида, нитрата и смешанным методом проводились рядом различных техник. Синтез порошка ГАп, его состаривание в маточном растворе, температурная обработка, получение изображений на растровом микроскопе, спектроскопия инфракрасного диапазона (ИК) и рентгеноструктурный анализ проводились в Институте металлургии и материаловедения (ИМЕТ РАН) им. А.А. Байкова (г. Москва). Исследование методом электронного парамагнитного резонанса и частичный рентгеноструктурный анализ проводились на кафедре квантовой электроники и радиоспектроскопии КФУ.
Целью данной работы является изучение и сравнение гидроксиапатитов (ГАп), синтезированных на основе CaCl2, Ca(NO3)2 и их комбинации
В данной работе решались следующие задачи:
1. Синтез порошков ГАп методом осаждения водных растворов: с хлоридом в качестве одного из исходных реактивов, нитратом в качестве одного из исходных реактивов, а также на основе их комбинации.
2. Получение снимков порошков ГАп на электронном растровом микроскопе.
3. Проведение рентгеноструктурного анализа полученных порошков ГАп, с целью проверки процесса синтеза и наличия посторонних фаз.
4. Проведение анализа методом ИК-спектроскопии полученных порошков ГАп.
5. Исследование порошков ГАп методом ЭПР на спектрометре Х- диапазона (9,6 ГГц), оценка спектроскопических параметров полученных спектров.
Работа финансировалась проектом Российского фонда фундаментальных исследований РФФИ № 18- 32-00337 («мой первый грант», руководитель проекта).
Подводя итог, можно еще раз подчеркнуть основные выводы, сделанные в работе:
• Методика синтеза позволяет получить нанопорошки ГАп ш сходными структурой, морфологией и химическим составом независимо от природы исходных реактивов.
• Установлено, что основной источник азотосодержащих примесей в ГАп -это Ca(NO3)2, а не другие исходные азотсодержащие реагенты, участвующие в синтезе.
• В «хлоридном» ГАп отсутствуют хлоридные и азотные остатки, что означает, что по химическому составу он ближе к биогидроксиапатитам по сравнению с «нитратным».
• ЭПР позволяет контролировать чистоту ГАп, например, после термической обработки (стандартной процедуре при синтезе ГАп).
• В случае «смешанного» синтеза в ГАп находятся как азотные, так и карбонатные радикалы (ранее считалось, что карбонатные радикалы вытесняют азотные).
• Методика синтеза позволяет получить нанопорошки ГАп ш сходными структурой, морфологией и химическим составом независимо от природы исходных реактивов.
• Установлено, что основной источник азотосодержащих примесей в ГАп -это Ca(NO3)2, а не другие исходные азотсодержащие реагенты, участвующие в синтезе.
• В «хлоридном» ГАп отсутствуют хлоридные и азотные остатки, что означает, что по химическому составу он ближе к биогидроксиапатитам по сравнению с «нитратным».
• ЭПР позволяет контролировать чистоту ГАп, например, после термической обработки (стандартной процедуре при синтезе ГАп).
• В случае «смешанного» синтеза в ГАп находятся как азотные, так и карбонатные радикалы (ранее считалось, что карбонатные радикалы вытесняют азотные).
Подобные работы
- ИССЛЕДОВАНИЕ БИОМАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЗАМЕНЫ КОСТНОЙ ТКАНИ НА ОСНОВЕ ЗАМЕЩЕННЫХ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ МЕТОДАМИ СПЕКТРОСКОПИИ ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА
Магистерская диссертация, физика. Язык работы: Русский. Цена: 4960 р. Год сдачи: 2018 - Структурные особенности взаимодействия водорастворимых аммониевых производных пиллараренов с некоторыми компонентами биосистем как платформы для адресной доставки биологически активных соединений
Дипломные работы, ВКР, физика. Язык работы: Русский. Цена: 4230 р. Год сдачи: 2018 - Исследование синтетических трикальцийфосфатов с примесями ионов 3d группы (Cu2+, Na+, К+) методом ЭПР
Бакалаврская работа, физика. Язык работы: Русский. Цена: 4350 р. Год сдачи: 2017 - ИЗУЧЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ (ГИДРОКСИАПАТИТ И ТРИКАЛЬЦИЙФОСФАТ) С ПРИМЕСЬЮ ИОНОВ МАРГАНЦА МЕТОДАМИ ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА
Магистерская диссертация, физика. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2019 - Спектры ЭПР и температурные зависимости спин-решеточной
релаксации в синтетическом гидроксиапатите
Бакалаврская работа, физика. Язык работы: Русский. Цена: 49750 р. Год сдачи: 2016 - ПАРАМАГНИТНЫЕ ЦЕНТРЫ ИОНОВ ГРУППЫ ЖЕЛЕЗА В ГИДРОКСИАПАТИТЕ БИОГЕННОГО И СИНТЕТИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Магистерская диссертация, физика. Язык работы: Русский. Цена: 4800 р. Год сдачи: 2017 - ЭПР-СПЕКТРОСКОПИЯ И СПИН-РЕШЁТОЧНАЯ РЕЛАКСАЦИЯ NO32 КОМПЛЕКСОВ И ИОНОВ Mn2+ В СИНТЕТИЧЕСКОМ ГИДРОКСИАПАТИТЕ
Магистерская диссертация, физика. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2018