Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Ученые нашли способ улучшить термическую стабильность и биосовместимость имплантатов для костной ткани

Ключевые слова:  высокотемпературная биокерамика, гидроксиапатит, ИМЕТ РАН, импланты для костной ткани, КазНЦ РАН, КФУ, медицина

Опубликовал(а):  Вомпе Татьяна Алексеевна

27 ноября 2019

Ученые из Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук исследовали термическую стабильность синтетического материала — аналога неорганической составляющей костной ткани. Результаты показали, что введение алюминия в решетку гидроксиапатита (ГА) в малых количествах в виде катиона повышает его термическую стабильность и улучшает биосовместимость, что позволит применять его в качестве покрытий на импланты и получать высокотемпературную биокерамику. Исследования материалов совместно с учеными из Казанского Федерального Университета и Казанского университета биохимии и биофизики КазНЦ РАН позволили описать свойства молекулы и построить модель вхождения алюминия в решетку ГА. Результаты опубликованы в журналах Journal of Materials Research and Technology и The Journal of Physical Chemistry B.

Температурная зависимость фазовых превращений гидроксиапатит — трехкальциевый фосфат от содержания алюминия (количество алюминия возрастает от зеленой зоны (0 моль.% к красной — 20 моль.%).

Гидроксиапатит (ГА) является основным минеральным компонентом естественной костной ткани. В ИМЕТ РАН с 1990-х годов занимаются исследованием его свойств и химическим синтезом. Для получения имплантатов для костной ткани ГА синтезируют в виде порошка и подвергают термической обработке — спеканию при высоких температурах. При этом, начиная с температуры 1100°С гидроксиапатит начинает термически разлагаться с удалением из его структуры ОН–групп, что приводит к фазовому распаду и появлению нежелательных продуктов разложения в имплантате.

Учеными ИМЕТ РАН была проведена работа по изучению влияния различных катионов на термическую стабильность ГА. Повышение термической стабильности ГА позволит применять его для нанесения покрытий на имплантаты из Al2O3 или Ti6Al14V, получать высокотемпературную плотную и пористую керамику. В первой работе было установлено, что введение алюминия в количествах до 1 моль % способно обеспечить сохранение чистого ГА при 1200 °С, а также обеспечить преимущественное формирование ГА (до 88 масс. %) при 1400 °С. Дальнейшее повышение концентрации алюминия в ГА, напротив, дестабилизирует кристаллическую решетку и приводит к падению термической стабильности, вплоть до полного перехода из ГА в трехкальциевый фосфат уже при 900 °С в случае замещения 20 моль. % Al. Для выявления данного эффекта был проведен широкий спектр исследований материалов совместно с учеными из МГУ им. М.В. Ломоносова и Белгородского государственного национального исследовательского университета, было изучено влияние алюминия на параметры кристаллической решетки, интенсивность колебаний функциональных групп в молекулах, установлены потери массы при нагреве. Полученные исследования стали основой построения диаграммы термической стабильности ГА, которая может помочь инженерам и технологам в определении температурных режимов спекания или нанесения покрытий с целью сохранения однофазного состояния вещества.

Во второй работе были проведены исследования влияния алюминия на электронный парагнитный резонанс и электрон-ядерный парамагнитный резонанс и построена модель вхождения катионов алюминия в решетку ГА на основе теории функциональной плотности совместно с учеными из Казанского Федерального Университета и Казанского университета биохимиии и биофизики КазНЦ РАН. Учеными из ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России была проведена аттестация спеченных материалов in vitro, показавших улучшение биологических характеристик алюминий-содержащих материалов, по сравнению с чистым ГА. Таким образом, был проведен широкий спектр исследований о влиянии алюминия на кристаллическую структуру, термическое и биологическое поведение ГА.

«Хотя сведения о влиянии алюминия в виде соединений на организм человека на сегодняшний день противоречивы, его продолжают применять в качестве основы для инъекций, носителя лекарственных средств, допирующего катиона при создании имплантатов. Последние сведения показали, что введение малых доз алюминия в решетку ГА в виде катиона, а не в металлическом состоянии, способствовали улучшению биосовместимости и росту матриксных свойств поверхности имплантата», — объясняет первый автор работы Маргарита Гольдберг, кандидат технических наук, научный сотрудник Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук.


Источник: Открытая наука




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Обыкновенное чудо
Обыкновенное чудо

Школа PI SCAMT: Стань руководителем глобальной лаборатории
Университет ИТМО приглашает принять участие в Школе PI. Школа PI - это возможность узнать как из точки А "молодой кандидат наук" дойти до точки Б "научный руководитель". За 1 неделю вы узнаете об этапах организации успешной исследовательской группы в России и разработаете дорожную карту построения своей собственной лаборатории. Школа PI подходит для кандидатов наук, защитивших диссертацию в области естественных наук не ранее 2015 года. Прием заявок до 1 мая 2021 г.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Новые титансодержащие комплексы для водородных
аккумуляторов. Зеленая электроника: мягкий актуатор из венериной мухоловки. Шелковичные черви создают новые нанокомпозиты in vivo. Конференции

В магистратуру МГУ - без экзаменов, юбилейная универсиада
Универсиада МГУ - уникальный конкурс, впервые проводимый в новом формате, который охватывает широкий диапазон участников – студентов и выпускников специалитета, бакалавриата, магистратуры, аспирантов, молодых ученых. Конкурс рассчитан на поддержку талантливой молодежи, мотивацию дальнейшего развития научно-исследовательской карьеры, пропаганду научных знаний, активное вовлечение участников в обмен мнениями и равноправное соревнование со своими сверстниками и коллегами на международном уровне, а также поступление в бесплатную магистратуру МГУ без экзаменов по результатам Универсиады.

Спинтроника и iPod
В.В.Уточникова
В 1988 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга обнаружили, что электросопротивление композитов, составленных из чередующихся слоев магнитного и немагнитного металла может невероятно сильно меняться при приложении магнитного поля. В течение десятилетия это, казалось бы, эзотерическое наблюдение революционным образом изменило электронную промышленность, позволяя накапливать на жестких дисках все возрастающий объем информации.

ДНК правит компьютером
Бидыло Тимофей Иванович
Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления…

Будущее техники отразилось в идеальном нанозеркале
Кушнир Сергей Евгеньевич
Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. А ведь толщина его составляет всего-то 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что новинка способна улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.