Получение и некоторые физико-химические свойства биогенного нанокристаллического гидроксиапатита

• Автор: Голощапов, Дмитрий Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1 .Литературный обзор.

1.1. Гидроксиапатит (ГАП) - состав, структура, изоморфизм

1.2. Особенности получения нанокристаллических образцов ГАП и их физикохимические свойства
1.3 Характеристики гидроксиапатита, получаемого с использованием биологических источников кальция, методом химического осаждения
1.4 Карбонат-замещенный гидроксиапатит (КГАП) как наилучший кристаллохимический аналог костной ткани человека

1.5 Получение и физико-химические свойства КГАП

1.6 Выводы по главе

Глава 2. Методика получения ГАП, объекты и методы исследования

2.1.Методика получения образцов нанокристаллического гидроксиапатита с использованием биологического источника кальция путем химического осаждения
из раствора
2.2 Методы исследования полученных образцов
2.2.1 Рентгеноструктурный анализ (РСА)
2.2.2 Оптические методы исследования
2.2.2.1 Инфракрасная (ИК) Фурье спектроскопия
2.2.2.2 Рамановская спектроскопия
2.2.2.3 Фотолюминесцентная спектроскопия (ФЛ)
2.2.3 Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР)
2.2.4 Импеданс-спектроскопия
2.2.5 Методы электронной микроскопии
2.2.5.1 Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ)
2.2.5.2 Растровая электронная спектроскопия (РЭМ) и рентгеноспектральный микроанализ (РСМА)
2.2.6 Определение удельной поверхности методом тепловой десорбции азота (ТДА)
2.2.7 Выводы по главе
Глава 3. Определение атомного строения, фазового состава и морфологии полученного биогенного гидроксиапатита
3.1 Результаты рентгенофазового анализа полученных образцов
3.1.1 Определение размеров кристаллитов ГАП
3.1.2 Влияние термических отжигов на фазовый состав ГАП
3.2. Результаты оптических исследований атомного строения КГАП
3.2.1 Результаты ИК-спектроскопии
3.2.2 Результаты рамановской спектроскопии
3.3 Морфология образцов и их элементный состав по данным РЭМ и РСМА
3.3.1 Рентгеноспектральный микроанализ образцов КГАП
3.4 Структура и размеры нанокристаллов КГАП по данным метода ПЭМ
3.5 Обсуждение и выводы по главе
Глава 4 Оптические, диэлектрические и сорбционные свойства КГАП
4.1 Результаты фотолюминесцентной спектроскопии
4.2 Результаты ЭПР
4.3 Результаты импеданс-спектроскопии
4.4 Определение удельной поверхности образцов методом тепловой десорбции азота ТДА
4.5 Выводы по главе
Глава 5 Сравнительные характеристики образцов ГАП и зубной эмали
5.1 Определение размеров кристаллитов методом РСА
5.2 Результаты ИК-спектроскопии
5.3 Результаты исследования морфологии методом РЭМ
5.5 Выводы по главе
Заключение и выводы по диссертации
Список использованных источников
Введение
Актуальность работы:
В современном мире материалы на основе гидроксиапатита кальция (ГАП) приобретают все большее значение в качестве реконструкционных - для восстановления различных частей скелета человека. Причиной данного факта является подобие структуры и химическое сродство ГАП с минеральной составляющей костной ткани. Ввиду возможности изменения структуры, элементного состава, степени кристаллизации, морфологии и, как следствие, механических свойств, химической активности и сорбционной способности данные материалы востребованы в сфере хирургии и стоматологии для производства биопокрытий имплантатов, стоматологических цементов и лекарственных паст.
Одновременно с созданием подобного рода биоматериалов совершенствуются методики экспресс-анализа (на основе методов оптической спектроскопии), по данным которых возможно оценить состояние естественных и синтетических объектов (зубной эмали, имплантатов на основе ГАП) для своевременного обнаружения и терапевтического лечения определенных патологий. В связи с этим получение материалов на основе гидроксиапатита и изучение взаимосвязи между их структурными характеристиками и физико-химическими свойствами является значимым направлением с точки зрения биоматериаловедения.
Стоит отметить, что при всевозрастающем технократическом прогрессе также возрастает количество людей с различными повреждениями скелета, нуждающихся в лечении опорно-двигательного аппарата и стоматологической помощи. Поэтому важной задачей является удешевление методик получения биоматериалов при сохранении их качества. Еще более важным является изучение их физико-химических свойств для создания образцов ГАП с заданными характеристиками. Ряд исследований предполагает возможность получения синтетического ГАП с участием биологических источников кальция (костей млекопитающих и рыб, раковин моллюсков, яичной скорлупы птиц). Экономическая целесообразность предлагаемых методик определяется тем, что

подтверждение в работе [99], где путем жидкофазного метода с контролем значения pH проводилось изучение образцов с С03/Са от 0.005 до 0.19 с целью сопоставления с ГАП эмали зуба. Полученные результаты показали, что материалы являются КГАП смешенного А-В типа. Синтез проводимый при щелочном pH позволил получить хорошо окристаллизованные нанокристаллы вытянутые вдоль оси с, сравнимые с эмалью зуба, что говорит о соответствии биогенного КГ АП - синтетическому.
При исследовании возможности получения материалов с определенным типом замещения, было установлено, что чаще, жидкофазными методами возможно получение КГАП В-типа или смешанного типа [102, 103]. Так в рассматриваемых исследованиях [102], утверждается, что получение КГАП в атмосфере углерода, с использованием СОг в течение всего процесса синтеза удается получить КГАП смешанного типа без включения сторонних ионов. Данные материалы являются стабильными до 900°С имеют улучшенную, по сравнению с ГАП биоактивность, а по параметрам решетки (а=9,412 е=6.882) близки к стехиометрическому ГАП (я=9,417 с=6.878). Также отмечается, что при отжиге данных образцов наблюдается некоторое исключение ССЬ2 из структуры КГАП. В [103] при получении КГАП с участием Ыа удается получить до 50% замещения С032 однако наблюдалось значимое увеличение параметров решетки (я=9,3855 с=6.918), что может свидетельствовать о повышенной растворимости данного соединения. Стоит отметить, что с использованием различных методик и реактивов, возможно получение стержневидных нанокристаллов КГАП смешанного типа с длинной — 100 нм и диаметром ~40 нм [104]. В проводимых теоретических и практических исследованиях КГАП было установлено, что наибольшую вероятность образования имеет КГАП В-типа [105-108]. В небольшой доле (—5-10%) рентгеновскими методами анализа определить данную структурную организацию довольно сложно, но благодаря инфракрасной спектроскопии можно установить следующее. Примесь карбонат-иона вызывает появление полос при 875, 1415, 1425 и 1542 см'1 , соответствующих структурно связанным колебаниям ионов С032". Отметим, что карбонат-ионы в структуре