Синтез наногидроксиапатита в присутствии ионов железа(III)

Изменение рН реакционной смеси в зависимости от содержания в ней ортофосфорной кислоты относительно стехиометрического количества - xHСинтез наногидроксиапатита в присутствии ионов железа(III). Северин А.В., Панкратов Д.А. //Журнал неорганической химии. 2016. Т.61. №3. С.279-287.Search the full text below. Ищи полный текст ниже.

Методами электронной микроскопии, рентгенофазового анализа и мессбауэровской спектроскопии изучено влияние малых количеств ионов железа (III) на морфологию, фазовый состав и структуру продуктов, образующихся в условиях синтеза гидроксиапатита (ГАП). Показано, что введение на различных стадиях образования ГАП в реакционную среду примесных ионов железа (III) позволяет контролировать рост кристаллов, морфологию и фазовый состав. Внедрение ионов железа в кристаллическую структуру ГАП не наблюдается – они образуют собственную нанофазу, а также формируют адсорбционные кластеры на поверхности гидроксиапатита.

Гидроксиапатит (ГАП) – неорганический матрикс костной ткани – является одним из наиболее популярных биоматериалов в медицинской и биохимической практике (костная хирургия, стоматология, создание собственных имплантатов или покрытий для металлических имплантатов в ортопедии и др.). Наличие примесей переходных металлов в составе ГАП (при замещении ими ионов Са2+ или при образовании устойчивых адсорбционных комплексов на поверхности кристаллов гидроксиапатита) способно заметно изменить такие его физико-химические свойства, как растворимость, термическая стабильность, биохимическая активность, магнитные свойства и механическая прочность. Некоторые биологически активные металлы (например, цинк, магний, железо или марганец), присутствующие в виде примесей в гидроксиапатите, способны стимулировать образование и дифференциацию костной ткани, поскольку входят в ее природный состав. Тем не менее специфическая роль многих металлов в жестких тканях и их потенциальное применение в медицинской практике до конца не понятны. Помимо этого, в последнее время все чаще стали находить применение композитные материалы, содержащие наночастицы ГАП с соединениями переходных металлов (Cu, Co, Fe и др.) в качестве нанокатализаторов (например, для конверсии глицерина или окисления формальдегида). При замещении переходным металлом ионов кальция в структуре ГАП возможно образование окрашенных продуктов, которые можно использовать в качестве безопасных пигментных красителей. Среди композитов гидроксиапатита с соединениями металлов железо занимает особое место. Во-первых, апатитоподобные структуры, в которых ионы железа способны замещать ионы кальция, могут играть роль прекурсоров будущей костной ткани и повышать пролиферативную активность остеобластов (клеток – строителей костной ткани). Во-вторых, в последнее время большое число работ посвящено созданию композитов кристаллов ГАП с магнитными железосодержащими частицами различной природы. Повышенный интерес к таким соединениям связан с разработкой и совершенствованием методов магнитной терапии онкологических заболеваний, в частности различных видов рака кости. В данном случае частицы ГАП являются одновременно и носителями терапевтической магнитной формы железа, и строительным материалом здоровой ткани. В-третьих, помимо многочисленных областей медицинского назначения известны работы, в которых композиты ГАП-Fe играют роль специфических носителей различных металлсодержащих нанокатализаторов, повышающих их активность.

Из данных литературы следует, что композиты гидроксиапатита с ионами железа (III) представлены в основном тремя формами: композиты, в которых ионы железа (III) входят непосредственно в кристаллическую структуру ГАП, замещая в ней один из ионов кальция; композиты, в которых эти ионы находятся в адсорбированном на поверхности нанокристаллов ГАП виде (в форме ионов или нанокластеров); композиты, в которых соединения железа (III) образуют собственную нанофазу. Каждая из этих форм синтезируется по своей собственной методике с широкой вариацией условий синтеза и последующей обработки. В настоящей работе в рамках единого эксперимента благодаря контролю момента введения в систему реагентов соединений железа (III) получены и изучены все три формы композитов. В отличие от описанных ранее в литературе экспериментов, в настоящей работе вводилось максимально возможное в данных условиях количество железа (но не более 7.5% от массы ГАП).

В настоящей работе изучено образование водных суспензий наногидроксиапатита в присутствии раствора сульфата железа (III) и показано, что, варьируя момент введения в реактор модифицирующего соединения, можно влиять на такие параметры продуктов взаимодействия, как размеры, морфологию и фазовый состав частиц. Наибольший эффект достигается при введении железосодержащего раствора до начала основной реакции синтеза. При этом центрами агрегации роста ГАП могут также выступать примесные частицы сульфата кальция и гидроксида железа (III). Кроме того, в этом же случае в наибольшей степени проявляется свойство ионов железа (III) тормозить кристаллизацию ГАП (образование аморфизированной фазы ГАП). Введение же железосодержащего раствора на последующих стадиях оказывает влияние (к тому же незначительное) в основном только на размер образующихся частиц ГАП. Из полученных в работе данных следует, что само железо образует как собственную нанофазу (оксогидроксоформы в случае и фосфатные формы в случае и ), так и адсорбированные на поверхности наночастиц ГАП ионные кластеры. При отжиге образцов при 500°С железосодержащие частицы претерпевают неполное термическое превращение. Регулировать относительное содержание различных форм железа в образцах возможно как за счет момента введения модифицирующего агента, так и за счет изменения его концентрации. Методика введения ионов биоактивного металла на ранних стадиях синтеза ГАП может быть в дальнейшем использована для получения прекурсоров костной ткани с различной морфологией и содержанием микрокомпонентов. Если необходимо использовать ГАП как носитель магнитных частиц, то предпочтительнее вводить ионы железа на последних стадиях синтеза ГАП и в относительно большем количестве. Однако в условиях наших экспериментов увеличение относительного содержания железа в образцах посредством применения сульфата железа нецелесообразно из-за образования значительного количества сульфата кальция в качестве побочного продукта реакции.

link on elibrary.ru link to DOI - 10.7868/S0044457X1603020X Ссылка в Интеллектуальной системе тематического исследования научно-технической информации МГУ
Associated translations: Synthesis of nanohydroxyapatite in the presence of iron (III) ions. Severin A.V., Pankratov D.A. //Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2016. V.61. №3. P.265-272.

Text of the article for reference only. Текст статьи только для ознакомления.

Синтез наногидроксиапатита в присутствии ионов железа(III). Северин А.В., Панкратов Д.А. //Журнал неорганической химии. 2016. Т.61. №3. С.279-287.



Рейтинг@Mail.ru

http://www.youtube.com/RuRedOx

Мессбауэровская диагностика функциональных материалов

Мессбауэровская диагностика функциональных материалов