Морфология нанокристаллических структур гидроксиапатита по данным фрактального анализа

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В настоящее время мировой спрос на ортопедические имплантаты превышает 6 миллионов единиц в год и продолжает увеличиваться. Известно, что кость человека является композиционным материалом, неорганическая часть которого образована фосфатами кальция, преимущественно в форме гидроксилапатита нестехиометрического состава. Данный факт обуславливает интерес изучения и возможность применения в биомедицинских целях материалов на основе гидроксилапатита, имеющих сходство с химическим составом костной и зубной ткани и высокую биосовместимость. Исследования в данной области необходимы как с точки зрения фундаментальной перспективы по расширению области применения метода, так и с практической точки зрения для сокращения объемов лабораторных экспериментов в рамках разработки новых материалов и исследования биологических жидкостей в норме и патологии. В работе показано, что присутствие органических и неорганических добавок при синтезе гидроксилапатита оказывает влияние на состав и морфологию кристаллов получаемого соединения. Результаты анализа, представленные в виде диаграмм, и позволяют судить об обратно пропорциональной зависимости между временем кристаллизации и величиной морфологической размерности структур гидроксилапатита, вне зависимости от природы добавки. Полученные результаты подтверждают возможность применения морфологического анализа для установления закономерностей формирования материалов на основе гидроксилапатита и выполнения экспрессной оценки их свойств (состав, морфология, степень кристалличности, природа и концентрация примесей).

Об авторах

Ольга Александровна Голованова

Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского

Email: golovanoa2000@mail.ru
д.г.-м.н., профессор, заведующая кафедрой неорганической химии

Владимир Михайлович Киселев

Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского

к.х.н., младший научный сотрудник кафедры неорганической химии

Список литературы

  1. James, S.L. Global, regional, and national incidence, prevalence, and years lived with disability for 354 diseases and injuries for 195 countries and territories, 1990-2017: a systematic analysis for the global burden of disease study 2017 / S.L. James, D. Abate, K.H. Abate et al. // The Lancet. - 2018. - V. 392. - I. 10159. - P. 1789-1858. doi: 10.1016/s0140-6736(18)32279-7.
  2. Лесняк, О.М. Остеопороз в Российской Федерации: эпидемиология, медико-социальные и экономические аспекты проблемы (обзор литературы) / О.М. Лесняк, И.А. Баранова, К.Ю. Белова и др. // Травматология и ортопедия России. - 2018. - T. 24. - № 1. - C. 155-168. doi: 10.21823/2311-2905-2018-24-1-155-168.
  3. Kivrak, N. Synthesis of calcium hydroxyapatitetricalcium phosphate (HA-TCP) composite bioceramics powders and their sintering behavior / N. Kivrak, A.C. Taş // Journal of the American Ceramic Society. - 1998. - V. 81. - I. 9. - P. 2245-2252. doi: 10.1111/j.1151-2916.1998.tb02618.x.
  4. Gibson, I.R. Characterization of the transformation from calciumdeficient apatite to -tricalcium phosphate / I.R. Gibson, I. Rehman, S.M. Best, W. Bonfield // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. - 2000. - V. 11. - I. 12. - P. 799-804. doi: 10.1023/A:1008905613182.
  5. Alkhraisat, M.H. Magnesium substitution in brushite cements / M.H. Alkhraisat, J. Cabrejos-Azama, C.R. Rodríguez et al. // Journal Materials Science and Engineering. - 2013. - V. 33. - I. 1. - P. 475-481. doi: 10.1016/j.msec.2012.09.017.
  6. Cui, W. Hydrothermal synthesis of Mg-substituted tricalcium phosphate nanocrystals / W. Cui, S. Wang, R. Yang, X. Zhang // MRS Communications. - 2019. - V. 9. - I. 3. - P. 971-978. doi: 10.1557/mrc.2019.110.
  7. Guo, X. Osteogenic effects of magnesium substitution in nano-structured β-tricalcium phosphate produced by microwave synthesis / X. Guo, Y. Long, W. Li, H. Dai // Journal of Materials Science. - 2019. - V. 54. - I. 16. - P. 11197-11212. doi: 10.1007/s10853-019-03674-7.
  8. Roy, M. Effects of zinc and strontium substitution in tricalcium phosphate on osteoclast differentiation and resorption / M. Roy, G.A. Fielding, A. Bandyopadhyay, S. Bose // Biomaterials Science. - 2013. - V. 1. - I. 1. - P. 74-82. doi: 10.1039/c2bm00012a.
  9. Мясникова, Н.А. Методы и средства исследования структуры и свойств наноматериалов и покрытий с наноструктурой / Н.А. Мясникова, А.В. Сидашов. - Ростов н/Д: ФГБОУ ВО РГУПС, 2017. - 157 с.
  10. Асхабов, А.М. Новые идеи в теории образования кристаллических зародышей (обзор) / А.М. Асхабов // Известия Коми научного центра УрО РАН. - 2019. - № 2(38). - С. 51-60.
  11. Линников, О.Д. Механизм формирования осадка при спонтанной кристаллизации солей из пересыщенных водных растворов / О.Д. Линников // Успехи химии. - 2014. - Т. 83. - № 4. - С. 343-364.
  12. Nanev, C.N. Evaluation of the critical nucleus size without using interface free energy / C.N. Nanev // Journal of Crystal Growth. - 2020. - V. 535. - Art №. 125521. - 3 p. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2020.125521.
  13. Горичев, И.Г. Анализ кинетических данных растворения оксидов металлов с позиций фрактальной геометрии / И.Г. Горичев, А.Д. Изотов, А.И. Горичев и др. // Журнал физической химии. -1999. - Т. 71. - № 10. - С. 1802-1808.
  14. Kiselev, V.M. The fractal analysis method for the study of hydroxylapatite crystallization process / V.M. Kiselev, O.A. Golovanova, V.B. Fedoseev // Applied Solid State Chemistry. - 2018. - № 3. -P. 46-51. DOI: doi: 10.18572/2619-0141-2018-3-4-46-51.
  15. Thongboonkerd, V. Should urine pH be adjusted prior to gel-based proteome analysis? / V. Thongboonkerd, S. Mungdee, W. Chiangjong // Journal of Proteome Research. - 2009. - V. 8. - I. 6. -P. 3206-3211. doi: 10.1021/pr900127x.
  16. Fleming, D.E. A comparative study of the adsorbtion of amino acids on to calcium minerals found in renal calculi / D.E. Fleming, W. Bronswijk, R.L. Ryall // Clinical Science. - 2001. - V. 101. - I. 2. - P. 159-168.
  17. Salamanna, F. Antiresorptive properties of strontium substituted and alendronate functionalized hydroxyapatite nanocrystals in an ovariectomized rat spinal arthrodesis model / F. Salamanna, G. Giavaresi, A. Parrilli et al. // Journal Materials Science and Engineering: C. - 2017. - V. 95. - P. 355-362. doi: 10.1016/j.msec.2017.11.016.
  18. Вода питьевая. Метод определения содержания полифосфатов: ГОСТ 18309-72; введ. 01.01.1974. -М.: Госстандарт СССР, 1972. - 5 c.
  19. База данных 2020620022 Российская Федерация. Фрактальная размерность кристаллических структур гидроксилапатита, полученного осаждением из водного раствора в присутствии добавок / Голованова О.А., Киселев В.М.; заявители и патентообладатели ФГБОУ ВО "омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского. - № 2019622529; заявл. 24.12.2019; опубл. 10.01.20, Бюл. № 1. - 1,87 Мб.
  20. Лурье, Ю.Ю. Справочник по аналитической химии / Ю.Ю. Лурье. - М: Химия, 1989. - 448 с.
  21. Ressler, A. Strontium substituted biomimetic calcium phosphate system derived from cuttlefish bone / A. Ressler, M. Cvetnić, M. Antunović et al. // Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials. - 2020. - V. 108. - I. 4. - P. 1697-1709. doi: 10.1002/jbm.b.34515.
  22. Zhang, J. Concentration-dependent osteogenic and angiogenic biological performances of calcium phosphate cement modified with copper ions /j. Zhang, H. Wu, F. He et al. // Journal Materials Science and Engineering: C. - 2019. - V. 99. - P. 1199-1212. doi: 10.1016/j.msec.2019.02.042.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).