Свойства железосодержащих композитов на основе наногидроксиапатита

Корреляция величин квадрупольного расщепления и ширины линии в мессбауэровских спектрах для изученных образцовСвойства железосодержащих композитов на основе наногидроксиапатита. Панкратов Д.А., Долженко В.Д., Овченков Е.А., Анучина М.М., Северин А.В. //Неорганические материалы. 2017. Т.53. №1. С.94-104.Search the full text below. Ищи полный текст ниже.

Методами электронного парамагнитного резонанса, мессбауэровской спектроскопии и магнетохимии изучены парамагнитные свойства соединений, образующихся при синтезе наногидроксиапатита в присутствии ионов железа (III). На основании полученных в работе данных о механизме взаимодействия раствора ортофосфорной кислоты с водной суспензией гидроксида кальция определены условия введения в гидроксиапатит примесных ионов железа (III). Изучены образцы, отличающиеся как последовательностью смешения реагентов, так и условиями формирования кристаллитов гидроксиапатита. Показано, что во всех случаях состав и свойства железосодержащих фаз в изученных композитах существенно зависят от условий как синтеза, так и термообработки.

Направленному поиску биосовместимых железосодержащих композитов, пригодных для практического применения в медицине, в последнее время посвящено множество работ. Например, это могут быть препараты, непосредственно используемые для восполнения дефицита железа в организме, управляемые внешним магнитным полем средства доставки других препаратов в отдельные органы, биосовместимые суперпарамагнитные наноразмерные частицы оксосоединений железа для химиотерапии или гипертермии под действием переменного магнитного поля. Кроме того, они находят свое применение в качестве контрастных материалов для ядерного магнитного резонанса, мессбауэровской таргетной безрадионуклидной брахитерапии на наномагнетиках, а также в качестве биосовместимого и биодеградируемого материала для крионаноконсервации. В последнем случае биосовместимые железосодержащие композиты могут решать сразу несколько задач: обеспечивать оптимальное зародышеобразование льда и связывать свободные радикалы кислорода.

Изучаемые материалы объединяет наличие в их составе наноразмерных частиц железосодержащих веществ. При этом немаловажную роль играют другие компоненты композитов, отвечающие за стабилизацию, изоляцию, перенос, биодоступность и биосовместимость наноразмерных железосодержащих частиц. Известно, что одним из таких компонентов может быть гидроксиапатит (ГАП). ГАП, являясь неорганическим матриксом костной ткани, успешно применяется в качестве биоматериала в биохимической и медицинской практике (стоматология, костная хирургия, имплантология, ортопедия и пр.). Ранее образованию именно этого наноразмерного материала в присутствии ионов железа (III) была посвящена более ранняя работа. В частности, было изучено влияние малых количеств ионов железа(III) на морфологию, фазовый состав и структуру продуктов, образующихся в условиях синтеза нано-ГАП. Показано, что введение в реакционную среду на различных стадиях образования ГАП примесных ионов железа(III) позволяет контролировать рост кристаллов, их морфологию и фазовый состав. Однако сам факт стабилизации ионов железа в кристаллической структуре ГАП в работе не подтвержден. Предполагается, что атомы железа образуют собственную нанофазу, а также формируют адсорбционные кластеры на поверхности ГАП.

Целью работы являлось определение влияния условий синтеза железосодержащих композитов на основе нано-ГАП на форму существования в них примесных атомов железа, а также изучение свойств этих материалов, обусловленных наличием в их составе ионов железа.

Моменты добавления в реакционную смесь железосодержащих растворов определяли исходя из предварительно полученных данных о механизме образования фосфатов кальция. Для этого изучали зависимость рН реакционной смеси по мере изменения в ней доли ортофосфорной кислоты относительно стехиометрически необходимого количества – xн. Кривая титрования получена посредством добавления при непрерывном перемешивании раствора ортофосфорной кислоты со средней скоростью 1 мл/мин к водной суспензии гидроксида кальция. Поскольку текущие значения рН реакционной смеси фиксировали через каждые 30 с, не дожидаясь установления равновесия в системе, а также вследствие конечной скорости протекания гетерогенных реакций моменты окончания стадий взаимодействия реагентов на полученной кривой титрования наблюдаются при несколько меньших объемах кислоты, чем это следует из стехиометрии реакций. Тем не менее на результирующей кривой титрования условно можно выделить четыре участка в зависимости от xн. На первом участке (xн = 0.0÷0.8) значение рН реакционной смеси медленно уменьшается в пределах 12.0÷11.5. На данном участке происходят процессы растворения Са(ОН)2 с практически одновременными зарождением, ростом и агломерацией наночастиц ГАП. После практически полного расходования гидроксида кальция (98÷99%) на втором участке (xн = 0.8÷1.05) наблюдается резкое уменьшение рН до 5.0. Несмотря на то что рН системы выходит за область устойчивости ГАП (7÷12), за счет кинетических эффектов и присутствия остатка прекурсора состав образующегося продукта практически соответствует стехиометрическому ГАП – Ca5(PO4)3OH. Дальнейшее добавление ортофосфорной кислоты приводит к растворению ГАП (это может сопровождаться также переходом ГАП в ортофосфат кальция – Са3(РО4)2, однако визуально зафиксировать его образование не представляется возможным) с одновременным образованием в реакционной смеси суспензии новой фазы – брушита CaHPO4 • 2H2O. Вследствие неравновесности условий получения кривой титрования и частичного взаимного капсулирования реагентов можно предположить, что формирование брушита в реакционной смеси заканчивается при xн = 1.4. В конце процесса (на четвертом участке, xн ≥ 1.5) все компоненты реакционной смеси переходят в суспензию дигидроортофосфата кальция – Ca(H2PO4)2 • H2O.

Показано, что обусловленные примесными ионами железа свойства композитов на основе нано-ГАП в существенной мере зависят как от последовательности смешения реагентов при синтезе материала, так и от метода его обработки на стадии выделения. Ранее отмечено, что присутствие ионов железа на различных стадиях синтеза нано-ГАП влияет на размер, морфологию и фазовый состав частиц материала. В настоящей работе, кроме того, показано, что от условий синтеза также существенно зависит форма существования железа в конечном материале.

Из полученных данных следует, что железо образует преимущественно собственные соединения в наноразмерном состоянии. При этом состав и свойства железосодержащего компонента определяются условиями синтеза самого композита. Захват ионов железа матрицей ГАП незначителен и наиболее легко осуществляется при условии введения ионов железа в реакционную смесь до начала формирования ГАП. Несмотря на разнообразие форм существования ионов железа в изученных материалах, все они проявляли только парамагнитные свойства.

link on elibrary.ru link to DOI - 10.7868/S0002337X17010122 Ссылка в Интеллектуальной системе тематического исследования научно-технической информации МГУ
Associated translations: Properties of Iron-Containing Nanohydroxyapatite-Based Composites. Pankratov D.A., Dolzhenko V.D., Ovchenkov E.A., Anuchina M.M., Severin A.V. //Inorganic Materials. 2017. V.53. №1. P.89-98.

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

Свойства железосодержащих композитов на основе наногидроксиапатита. Панкратов Д.А., Долженко В.Д., Овченков Е.А., Анучина М.М., Северин А.В. //Неорганические материалы. 2017. Т.53. №1. С.94-104.



Рейтинг@Mail.ru

http://www.youtube.com/RuRedOx

Мессбауэровская диагностика функциональных материалов

Мессбауэровская диагностика функциональных материалов