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

 

По мотивам Дали
По мотивам Дали

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Броуновское движение скирмионов.Растягиваем графен правильно. Красное вино, кофе и чай помогают создавать материалы для гибкой носимой электроники. Металлическая природа кремния и углерода.

К 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире
Эксперты отметили рост числа научных публикаций отечественных ученых и сообщили, что к 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире по публикационной активности.
27 – 29 ноября в рамках юбилейных мероприятий Химического факультета МГУ и торжественной церемонии закрытия Международного года Периодической таблицы химических элементов эксперты подвели итоги 2019 г.

Итоги Менделеевского Года
28 ноября в Фундаментальной библиотеке МГУ состоялось торжественное закрытие Международного года Периодической таблицы химических элементов Д.И.Менделеева.

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

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!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
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.