Исследование физико-химических свойств металл-замещенного нанокристаллического кальций-дефицитного гидроксиапатита

• Автор: Аль-Зубайди Асаад Абдулхуссейн Мозан
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 110 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Литературный обзор.
1.1. Кристаллическая структура гидроксиапатита (ГАП), особенности изоморфных замещений
1.2. Нанокристаллический кальций-дефицитный гидроксиапатит (КДГАП), его физико-химические свойства, направления использования
1.3. Влияние катионных замещений на физико-химические свойства гидроксиапатита
1.4. Получение и физико-химические свойства металл-замещенного ГАП (Ме-ГАП)
1.5. Изменение механических характеристик гидроксиапатита
1.6. Выводы по главе
Глава 2. Методика получения КДГАП и Ме-ГАП и методы исследования полученных материалов.
2.1. Методика получения образцов нанокристаллического кальций-дефицитного и металл-замещенного гидроксиапатита методом химического осаждения из
раствора
2.2. Методы исследования полученных материалов
2.2.1. Метод рентгеновской дифрактометрии (РД)
2.2.2. Инфракрасная Фурье спектроскопия (ИК)
2.2.3. Фотолюминесцентная спектроскопия (ФЛ)
2.2.4. Растровая электронная микроскопия (РЭМ) и рентгеноспектральный микроанализ (РСМА)
2.2.5. Определение микротвердости образцов
2.2.6. Выводы по главе
ГЛАВА 3. Идентификация кристаллической структуры, определение фазового состава и морфологии полученных образцов КДГАП и Ме-ГАП
3.1. Фазовый состав КДГАП и Ме-ГАП по данным РД
3.1.1. Определение параметров элементарной ячейки и размеров нанокристаллов
образцов КДГАП и Ме-ГАП
3.2. Результаты рентгеноспектрального микроанализа образцов КДГАП и Ме-ГАП
3.3. Результаты ИК-спектроскопии образцов КДГАП и Ме-ГАП
3.3 3.4 Морфология образцов по данным РЭМ
3.5 Обсуждение полученных результатов и выводы по главе
Г лава 4 Оптические и механические свойства КДГ АП и Ме-Г АП
4.1 Результаты фотолюминесцентной спектроскопии
4.2 Результаты определения микротвердости образцов КДГАП и Ме-ГАП
4.4 Выводы по главе
Заключение и выводы по диссертации
Список использованных источников
Введение
Актуальность работы:
На современном этапе развития медицины в области хирургии и стоматологии для восстановления костной ткани человека широко используются материалы на основе фосфатов кальция (ФК). В то же время по данным различных исследований отмечается, что применение композитов, содержащих ФК, выявляет новые дифференцированные требования к характеристикам таких биоматериалов. Существует необходимость в улучшении их физико-химических (механических, оптических, сорбционных) и биохимических свойств. Считается, что идеальные имплантаты, керамика и стоматологические цементы из ФК должны иметь структуру, состав и морфологию, идентичные костной ткани человека. Однако исследования минерального комплекса костной ткани и возможностей его частичной замены синтетической матрицей показали нетривиальность поставленной задачи.
Изучение структурных свойств и биологических характеристик разнообразных материалов позволило установить, что из большого класса ФК наилучшие результаты по применению имеют гидроксиапатит кальция (ГАП) Саю(Р04)б(0Н)2 и (3-трикальций фосфат ((3-ТКФ). Интерес к гидроксиапатиту кальция Саю(Р04)б(0Н)2 обусловлен тем фактом, что минеральная составляющая костной ткани включает нанокристаллы ГАП, которые содержат в структуре большое количество сторонних элементов (Иа, М^). К, Бе, Ъп, Си, Ва, Б, С1, С, Б). Концентрация примесей не превышает 3-5%, но определяет биологические, механические, а в случае эмали и оптические свойства биогенного Г АП. В связи с этим создание материалов, моделирующих структуру и состав биоапатита, равно как и создание подобных синтетических материалов для восстановления кости и эмали зуба, представляют собой сложные задачи, включающие основные аспекты физики конденсированного состояния. С этой точки зрения биогенные и синтетические апатиты, содержащие примесные атомы и группы атомов в позициях структуры ГАП, рассматриваются как твердые растворы замещения, характеристики которых требуют всестороннего изучения. Комплексность

2.2 Методы исследования полученных материалов КДГАП и Ме-ГАП
2.2.1 Метод рентгеновской дифрактометрии (РД)
Определение фазового состава и идентификация кристаллической структуры вещества, размеров кристаллов и параметров элементарной ячейки осуществляется методами рентгеновской дифрактометрии. При работе со столь сложными объектами, как гидроксиапатит и другими фосфатами кальция, которые образуются в качестве дополнительных фаз при получении Г АП, а также композитов, применяющихся в стоматологии и медицине, методы РД позволяют определить качественное и количественное соотношение различных фаз, рассчитать объем элементарной ячейки и определить существующие искажения в структуре ГАП. Так как известно, что изменение фазового состава и структуры влияет на оптические и механические свойства апатитов, то для идентификации структуры и возможных примесей для образцов данный метод подходит наилучшим образом [ 103,104].
Основу рентгеноструктурного анализа составляют принципы дифракции волн при их прохождении через кристаллическое вещество. Кристаллы различных соединений являются для рентгеновского излучения дифракционной решеткой с параметрами ~ А [105]. Поэтому любые искажения кристаллической структуры объекта вследствие наличия дефектов или изменения фазового состава можно обнаружить и зарегистрировать методами РД. Основным уравнением, описывающим дифракцию рентгеновских лучей и связывающим основные величины в рентгеноструктурном анализе, является формула Вульфа - Брэггов:
2с1шып® =пЛ (2-1)
где - межплоскостное расстояние в кристалле с индексами Миллера (Ыс1), 9 -угол между падающим и отклоненным лучом и плоскостью (БЫ), А. - длина волны рентгеновского излучения, п - порядок отражения.
Идентификация любых объектов методом РД осуществляется сравнением экспериментальной дифракционной картины, соответствующей набору межплоскостных расстояний в веществе (1тк1 - индексы плоскости) с