Введение
1. Фосфаты кальция - синтез, структура и свойства
1.1. Биокерамика на основе фосфатов кальция 6
1.2. Гидроксиапатит - структура и основные свойства 9
1.3. Трикальцийфосфат - синтез, структура и основные свойства 16
1.4. Октакальций фосфат - синтез, структура и основные свойства 22
2. Основы электронного парамагнитного резонанса 31
3. Экспериментальная часть 39
Заключение 52
Список литературы 54
На данный момент актуальным является поиск биоматериалов для замены костной ткани или, другими словами, искусственных имплантатов. Из множества вариантов перспективным признано создание генактивированных персонализированных имплантатов, представляющих особый класс медицинских изделий для костной пластики. Генная конструкция состоит из матрикса-носителя, который объединяют с биологически активными нуклеиновыми кислотами. Для изготовления матрикса-носителя можно использовать различные материалы, одним из них являются керамики на основе фосфатов кальция (ФК) - синтетического аналога костной ткани. Дополнительный интерес вызывает возможность использования керамических материалов для изготовления имплантатов в качестве протеза кости, причем пористые керамические материалы обладают определенными преимуществами перед другими материалами.
Синтетические материалы на основе ФК очень перспективны для клинического и экспериментального применения, так как при их использовании в качестве несущей матрицы для клеток и лекарственных препаратов, они могут вести себя как остеокондукторы (остеопластические материалы, которые способны инициировать митогенез стволовых клеток костного мозга, хемотаксис клеток-предшественников и их дифференцировку в остеобластном направлении, так как содержат в составе материалов факторов роста), так и проявлять остеоиндуктивные свойства (способность материалов выполнять роль матрицы, вдоль которой происходит новообразование костных структур) [1-2].
Большинство аллопластических материалов на основе гидроксиапатита (ГА) обладают удовлетворительной биосовместимостью и совершенно не токсичны, но при этом имеют низкую кинетику резорбции. По своим свойствам практически все остеопластические материалы на основе ГА являются остеокондукторами. Гидроксильные и ортофосфатные группы в составе ГА замещают на карбонат-ион, кальций на цинк и магний для того, чтобы ускорить резорбцию ГА и приблизить его по минеральному составу к нативной костной ткани [3].
Для улучшения остеоиндуктивных свойств ГА-керамики сейчас создаются различные специальные композитные материалы, которые можно представить в виде комбинации остеокондуктивного матрикса и биоактивных агентов. Дексаметазон, стволовые клетки и факторы роста могут выступать в качестве активаторов остеогенеза.
Помимо ГА, на сегодняшний день для практического хирурга наибольший интерес представляют следующие биорезорбируемые ФК материалы - трикальцийфосфат (ТКФ) в 0-модификации (0-ТКФ) и октакальцийфосфат (ОКФ), которые в основном производят в виде порошков и цемента.
Как уже упоминалось выше, для контролируемого изменения резорбции, остекондуктивности, улучшения механических свойств и т.п., применения ФК как носителей лекарственных средств, а также в целях дальнейшей персонификации имплантатов, ФК керамики и цементы изготавливают замещенными различными анионами и катионами. Поэтому необходимо развивать различные аналитические методы детектирования и количественного анализа контроля вхождения или высвобождения интересующих ионов, способов синтеза ФК, степени их очистки, резорбции, взаимного фазового перехода и т.д. Одним из эффективных способов исследования ФК является метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Однако не все его современные возможности используются в полной мере для характеризации ФК материалов. Достаточно хорошо исследованы методом ЭПР керамики на основе гидроксиапатита. Для ТКФ подобных работ крайне мало, а для ОКФ исследования методами ЭПР практически отсутствуют.
Цель данной работы - исследование возможностей методов ЭПР для изучения замещенных фосфатных керамик(ФК), определения их состава и концентрации примесных центров. Достижение этой цели требовало решения ряда задач, таких как:
• Освоение методик проведения ЭПР измерений в стационарном и импульсном режимах;
• Регистрация и расшифровка спектров ЭПР номинально «чистых» и допированных ионами металлов (железо, марганец, медь, барий, стронций, магний) порошков ФК (гидроксиапатит, трикальцийфосфат, октакальций фосфат)
• Сравнение результатов с данными, полученными другими аналитическими методами (РФА, порошковая дифрактометрия, ИК- спектроскопия, электронная микроскопия)
Основные измерения выполнялись на кафедрах квантовой электроники и радиоспектроскопии, медицинской физики. Использовалось оборудование центра коллективного пользования физико-химических исследований КФУ и сторонних организаций. Синтез изученных соединений проводился в Институте металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук, г. Москва (ИМЕТ РАН).Часть работы финансировалась проектом Российского фонда фундаментальных исследований РФФИ № 18¬32-00337 («мой первый грант», основной исполнитель).
В данной работе мы исследовали ряд номинально чистых и допированных различными катионами порошков фосфатов кальция, таких как гидроксиапатит, трикальцийфосфат и октакальций фосфат, широко применяемых для замещения костной ткани. Впервые были исследованы поликристаллы ОКФ методами стационарного и импульсного электронного парамагнитного резонанса. Были зарегистрированы спектры ЭПР радиационных наведенных парамагнитных центров в ОКФ. Удалось идентифицировать ряд из них, обусловленных наличием стабильных водородных, углерод центрированных и азотных радикалов. Впервые получены спектры ЭСЭ в образцах ОКФ при комнатной температуре, что открывает возможность изучения ФК при комнатной температуре импульсными методами ЭПР. Полученные данные могут использоваться в целях оптимизации процессов синтеза образцов.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
