ВЛИЯНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЧ

ВЛИЯНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЧ
НА РАЗМЕР И МОРФОЛОГИЮ НАНОКРИСТАЛЛОВ
БИОСОВМЕСТИМОГО ГИДРОКСИАПАТИТА
ПРИ СИНТЕЗЕ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
Н.А. Захаров, Т.В. Захарова
Институт общей и неорганической химии
им. Н.С. Курнакова РАН, г. Москва
E-mail: zakharov@igic.ras.ru
Определено влияние воздействия СВЧ на размеры и морфологию
нанокристаллов
биосовместимого
гидроксиапатита
кальция
Ca10(PO4)6(OH)2 (ГА) в ходе его синтеза из водных растворов в системе
Ca(OH)2–H3PO4–H2O. На основе результатов физико-химического анализа
(химического, РФА, ИКС, ДТА, ТДГ, СЭМ, ПЭМ) продуктов синтеза
проанализированы фундаментальные взаимосвязи состав – условия
синтеза – структура – дисперсность – свойства при воздействии СВЧ в
условиях синтеза, моделирующих процесс биоминерализации.
ГА является основной неорганической компонентой нативной
костной ткани. Благодаря высокой биосовместимости и биоактивности ГА
широко используется в медицине в качестве материала имплантатов.
Нативные апатиты тканей млекопитающих являются основными
составляющими (~60%) костной и зубной тканей и представляют собой
наноразмерные (~5–50 нм) кристаллы игловидного габитуса с катионными
и анионными замещениями в кристаллической структуре ГА.
Стехиометрический нанокристаллический ГА (НКГА) представляет собой
кристаллохимический
аналог
неорганической
компоненты
минерализованных тканей млекопитающих и служит модельным объектом
для изучения влияния различных факторов на физико-химические и
медико-биологические характеристики неорганической компоненты
костной и зубной тканей.
Оценка воздействия СВЧ на характеристики НКГА будет, во-первых,
способствовать созданию направленных методов синтеза ГА с заданными
свойствами. Во-вторых, реализованный процесс синтеза в определенной
степени способен симулировать биоминерализацию ГА в ходе остеогенеза
под воздействием СВЧ.
Синтез из водного раствора в системе Ca(OH)2–H3PO4–H2O
проводили на воздухе в продолжение 2, 5 и 10 мин. в СВЧ устройстве
(LGMS-1744W, F=2450 МГц; W=700 Вт). По окончании синтеза раствор
отстаивали, декантировали и сушили на воздухе при 100 0С. Продуктом
синтеза являлся гексагональный (пр. гр. P63/m) НКГА стехиометрического
(Ca/P=1.67) состава, параметры элементарной ячейки которого находятся в
удовлетворительном соответствии с табличными данными (JCPDS № 9-432:
a=9,418 Å; c=6,884 Å) (табл. 1). В продуктах синтеза и отожженных (10000С,
2 ч) образцах НКГА примеси посторонних фаз отсутствовали (рис. 1).
Таблица
1.
Кристаллографические
и
морфологические
характеристики НКГА, образующихся в системе Ca(OH)2–H3PO4–H2O в
ходе синтеза под воздействием СВЧ в продолжение 2, 5 и 10 мин.
(|| С,  С – размеры НКГА вдоль и перпендикулярно гексагональной
оси “c”, соответственно)
Время
синтеза,
мин.
2
5
10
Состав
(брутто, с учетом
адсорбированной
воды)
Размеры
кристаллов,
нм
Параметры
э.я., Å
Ca10(PO4)6(OH)2·5,7H2O
Ca10(PO4)6(OH)2·5,0H2O
Ca10(PO4)6(OH)2·4,7H2O
a
с
|| С
С
9.425
9.423
9.421
6.873
6.878
6.873
30
29
23
17
16
13
Соотношение
|| С /  С
1,77
1,81
1,77
(211)
(300)
(002)
(222)
(213)
(310)
Интенсивность, усл. ед.
(202)
4
3
2
1
25
30
35
40
45
50
55
2, град.
Рис.
1.
Дифрактограммы
НКГА,
синтезированного под воздействием СВЧ
излучения в продолжение 2 (1), 5 (2), 10 мин. (3),
и мелкокристаллического ГА (термообработка
10000С, 2 ч) (4)
Результатом воздействия СВЧ в ходе синтеза НКГА явилось
некоторое уменьшение параметра решетки “c” (~6.875 Å) по сравнению с
НКГА, синтезированным без внешних воздействий (~6.885 Å). Этот
эффект сочетается с одновременным уменьшением размеров НКГА вдоль
осей “c” и “a” и остающимся практически неизменным отношением “|| С /
 С” ~1.8 (рис. 2).
|| C
C
Размеры кристаллов, нм
30
25
20
15
10
5
0
2
5
10
Время синтеза (СВЧ), мин.
Рис. 2. Геометрические характеристики НКГА,
синтезированных под воздействием СВЧ в продолжение
2, 5 и 10 мин
Рассмотренная модель образования НКГА, естественно, не может
являться исчерпывающей для описания формирования нанокристаллов
биоапатита минерализованных тканей млекопитающих. Однако
полученные
результаты
позволяют
достаточно
убедительно
свидетельствовать о диспергирующем воздействии СВЧ излучения на
образование НКГА из растворов. Эта информация может представлять
интерес как для целей направленного синтеза материалов с заданными
размерами и морфологией НКГА, так и для учета возможного влияния
СВЧ излучения на процессы метаболизма (в частности, процессы
остеогенеза).
Работа выполнена при поддержке Фондов Президиума РАН (ФНМ)
и ОХНМ РАН.
Библиографический список
1. Захаров Н.А., Калинников В.Т. // Фундаментальные науки – медицине.
Биофизические медицинские технологии. Т. 2 / Под ред. А.И. Григорьева, Ю.А.
Владимирова. – М.: МАКС Пресс, 2015. С. 145-169.
Сведения об авторах
Захаров Николай Алексеевич – д.ф.-м.н., гл. н. с.
Захарова Татьяна Владимирована – к.ф.-м.н., доцент
Вид доклада: устный (/ стендовый)