Введение 3
1. Теоретическая часть
1.1. Ортофосфаты кальция: структура и свойства 5
1.2. Основы электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) 9
1.3. Введение в спектроскопию 12
1.4. Спектрометры ЭПР 19
2. Экспериментальная часть
2.1. Экспериментальное оборудование 21
2.2. Эксперимент 26
Заключение 43
Список литературы 44
С древних времен медики и ученные задаются вопросом: «Какой материал можно использовать для устранения или замещения дефекта костных тканей?» В процессе решения данной проблемы возникает ряд условий, которые невозможно обойти стороной. Например, материал должен быть биологически совместимым с тканью и биоактивным, другими словами иметь непосредственную связь с биологической системой, а также достаточно прочным, чтобы мог выдерживать физиологические нагрузки и при этом не разрушаться, не быть токсичным, не вызывать отрицательных иммунных и других реакций со стороны организма, то есть не отторгаться как инородное тело. Имплантат должен сохранять свои функциональные качества в течение определенного периода времени, не изменяя при этом свои механические свойства и структуру [1].
Значительный прогресс был достигнут в реконструктивно-восстановительной костной хирургии с появлением нового метода, который получил название bonetissueengineering или инженерия костной ткани. Основой этого метода является создание матрикса определенной архитектуры, поместив который в место дефекта, полагают, что организм сам начинает наращивать ткань и восстанавливать поврежденную кость [2].
В матриксе создают и выращивают стволовые клетки пациента, далее к композиционной конструкции добавляют препараты, которые необходимы для жизнедеятельности клеток, факторы роста и протеины и выдерживают в специальном реакторе. Затем матрикс имплантируется пациенту, после этих процедур он способен адаптироваться к изменению физиологических условий, а также развиваться и эволюционировать как собственная костная ткань пациента.
При создании матриксов были созданы и опробованы различные материалы, выявлены наиболее подходящие и перспективные. Ими оказались биостекла, некоторые полимеры и кальций-фосфатная керамика. Высокими механическими и технологическими качествами обладали биосовместимые полимеры, но их существенным недостатком являлась их токсичность и кинетика резорбции, которая была несовместима с остеогенезом. Поэтому ученые уделили особое внимание разработке керамических матриксов, наиболее перспективными из которых являлись матриксы на основе апатитовой кальций-фосфатной керамики, так как основной минеральной составляющей костной ткани является гидроксиапатит кальция.
Интерес к кальций-фосфатным соединениям не ограничивается биоимплантами. Например, показано, что гидроксиапатит является основой органоминерального матрикса атеросклеротической бляшки (АСБ) [5-6], Следовательно, наличие и физико-химические свойства гидроксиапатита могут отражать статус стабильности АСБ.
Цель данной работы - изучение замещенных фосфатных керамик (ФК) методом ЭПР. Достижение этой цели преследовало решение некоторых задач, таких как:
1) освоение методики проведения ЭПР измерений;
2) изучение возможностей метода и используемой аппаратуры для характеризации ФК замещенных керамик;
3) детектирование и расшифровка спектров ЭПР ионов Си 2 +и М п 2 +, которые содержатся в замещенных трикальцийфосфатных керамиках и порошках гидроксиапатита .
1. Освоена работа на новом настольном спектрометре ЭПР «Labrador», изучены его реальные характеристики, необходимые для детектирования ЭПР спектров с максимальной чувствительностью и разрешением.
2. На основании данных ЭПР спектроскопии был обнаружен факт «загрязнения» синтезированных спеченных образцов ТКФ и медьзамещенных ТКФ ионами марганца Mn2+, что не было выявлено другими проведенными аналитическими измерениями. Основываясь на полученных результатах, группа химиков-синтетиков вносит коррективы в технологию синтеза.
3. Показано, что ионы Mn2+входят в структуру ТКФ как минимум в двух позициях Mn(1) и Mn(2) со слегка различающимися g-факторами gMn(1) = 2.00 и gMn(2) = 2.02 и примерно одинаковыми параметрами СТС (94 Гс). В то же время для ГАп значения константы СТС определено несколько меньшим (91,5 Гс). Это позволяет предполагать, что с помощью метода ЭПР можно будет различать фазу (фазы) внедрения ионов двухвалентного марганца в бифазных ГАп-ТКФ системах.
Надеемся также, что полученные данные позволят идентифицировать вид и состояние кальцификата атеросклеротической бляшки по наличию и спектру ионов марганца в органоминеральном матриксе АСБ.
Автор выражает благодарности сотрудникам кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии И.Г. Мотыгуллину, Г.В. Мамину, С.Б. Орлинскому, А.А.Родионову за всестороннюю помощь в проведении ЭПР экспериментов.
