Методы просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения для анализа наноструктуры биоматериалов

• Автор: Суворова, Елена Игоревна
• Шифр специальности: 01.04.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 230 с. : ил.

Глава 1. Электронная микроскопия высокого разрешения в исследовании наноматериалов: преобразование Фурье и моделирование изображений.

Глава 2. Особенности низкоразмерных систем.

2.1. Фосфаты кальция как нанодисперсные биоматериалы: структура и образование.

2.2 Нанокомпозиты на основе частиц металлов (неметаллов), стабилизированных полимерами.

Глава 3. Методы и материалы.

3.1. Методы электронной микроскопии.

3.1.1. Оборудование, используемое в исследовании методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения.

3.1.2. Компьютерное обеспечение для количественной обработки.

3.1.3. Интерпретация электронно-микроскопических данных с помощью моделирования.

3.1.3.1 Моделирование размерного эффекта.

3.1.3.2. Учёт отклонения от точной ориентировки (наклон кристалла).

3.1.3.3. Учет атомных колебаний, вибраций и смещения образца.
3.1.3.4. Нахождение корреляции между экспериментальными и моделированными ВРЭМ изображениями.
3.1.4. Сканирующая электронная микроскопия.

3.1.5. Рентгеновская энергодисперсионная спектроскопия для химического анализа в электронной микроскопии.
3.2. Материалы и приготовление образцов.
3.2.1. Фосфаты кальция, синтезируемые из водных растворов при низких температурах.
3.2.2. Высокотемпературные керамики и пористые материалы на основе гидрокисапатита, синтезируемого из водных растворов.
3.2.3. Сухой синтез: осаждение гидроксиапатита из газовой плазмы на подложки и получение высокотемпературных трикальцийфосфатов.
3.2.4. Биологический гидроксиапатит: костная ткань и минеральная фаза на сердечных клапанах.
3.2.5. Наночастицы селена и серебра в различных органических матрицах-стабилизаторах.
Глава 4. Особенности морфологии и структуры
кристаллов гидроксиапатита и октакальций фосфата, осаждаемых из водных растворов в разных условиях.
4.1. Низкотемпературная кристаллизация гидроксиапатита и октакальций фосфата.
4.2. Образование смешанных кристаллов гидроксиапатит / октакальций фосфат, ориентационные соотношения между фазами, морфология и атомная структура.
4.3. Проявление размерного эффекта на картинах рентгеновской и электронной дифракции.
4.4. Моделирование ВРЭМ изображений для определения толщины кристаллов.

4.5. Особенности структуры «толстых» кристаллов гидроксиапатита: появление запрещенных отражений на электронограммах.
4.6. Сравнение с данными рентгенофазового порошкового анализа смесей, содержащих гидроксиапатит и октакальций фосфат.
4.7. Влияние электронного облучения на состояние кристаллов гидроксиапатита и октакальций фосфата. Пределы энергодисперсионного рентгеновского анализа.
Краткое обобщение результатов Главы 4.
Глава 5. Высокотемпературные модификации фосфатов кальция.
5.1. Высокотемпературные пористые и твердые биоматериалы на основе гидроксиапатита, синтезированного в низкотемпературных растворах.
5.2. Особенности структуры плазменных покрытий гидроксиапатита на металлических подложках, на поверхностях монокристаллов хлорида натрия и фторида бария.
5.3. Образование фаз при высокотемпературном спекании трикальций фосфатов.
Краткое обобщение результатов Главы 5.
Глава 6. Биоминерализация: характеризация
минеральной фазы в костной ткани и в осадках на сердечных клапанах.
6.1. Строение костной ткани: структура, морфология и текстура нанокристаллов гидроксиапатита.
6.2. Электронная микроскопия минеральных осадков на сердечных клапанах: морфология частиц и фазовая
Механизм зарождения и роста кристаллов гидроксиапатита остается предметом многочисленных экспериментальных и теоретических исследований ввиду большой заинтересованности в создании эффективных биоимплантатов, а также искусственной костной ткани. Исследования механизма образования фосфатов кальция и их структуры оказались взаимосвязаны, и многие неясности в механизме проистекают из-за сложности исследования их структуры.
Например, образование резко уширенных линий на картинах рентгеновской дифракции привело Познера с соавторами к предположению, что при образовании гидроксиапатита на начальной стадии реакции выпадает аморфная фаза [49], частицы которой со временем становятся кристаллами. На основе построенных функций радиального распределения было сделано заключение о структурной модели аморфной фазы, состоящей из кластеров Са^РОД, где Са и Р04-группы занимают примерно те же позиции, что и в кристаллическом гидроксиапатите [50], поэтому осадок аморфного вещества считался исходным сырьем при образовании кристаллов гидроксиапатита. Кластерная модель особенно настойчиво развивалась в работах японских ученых [51, 52], при этом присутствие кальций фосфатных кластеров с размерами 0.7-1.0 нм было зафиксировано в растворе методом динамического рассеяния света. Устойчивость кластеров с составом [Са3(РС>4)2]п в аморфной фазе рассчитывалась в [53, 54].
Как уже было сказано, аморфное состояние материала обосновывалось отсутствием четких пиков на рентгенограмме. К тому времени уже были опубликованы монографии З.Г. Пинскера [55] и Б.К. Вайнштейна [56], посвященные электронографическому исследованию вещества, в которых связывалось уширение дифракционных рефлексов с малым размером частиц. З.Г. Пинскер отмечал, что помимо расширения максимумов, наблюдается ослабление и изменение относительной интенсивности отражений при рассеянии от самых малых частиц. В общем