Гидрогелевые нанореакторы для формирования гидроксиапатита
На основе сополимеров акрилового ряда получены гидрогелевые нанореакторы для формирования и стабилизации наноразмерных частиц
 гидроксиапатита, которые могут применяться в медицине в качестве
 заменителя костной ткани На основі гідроґельових кополімерів акрилового ряду одержано гідро...
Saved in:
| Published in: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2008
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87939 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Гидрогелевые нанореакторы для формирования гидроксиапатита / Ю.М. Самченко, Л.Ф. Суходуб, С.Н. Данильченко, Л.И. Береза, З.Р. Ульберг, Л.Б. Суходуб, А.Г. Шостенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 2. — С. 479-485. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860140632568233984 |
|---|---|
| author | Самченко, Ю.М. Суходуб, Л.Ф. Данильченко, С.Н. Береза, Л.И. Ульберг, З.Р. Суходуб, Л.Б. Шостенко, А.Г. |
| author_facet | Самченко, Ю.М. Суходуб, Л.Ф. Данильченко, С.Н. Береза, Л.И. Ульберг, З.Р. Суходуб, Л.Б. Шостенко, А.Г. |
| citation_txt | Гидрогелевые нанореакторы для формирования гидроксиапатита / Ю.М. Самченко, Л.Ф. Суходуб, С.Н. Данильченко, Л.И. Береза, З.Р. Ульберг, Л.Б. Суходуб, А.Г. Шостенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 2. — С. 479-485. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| description | На основе сополимеров акрилового ряда получены гидрогелевые нанореакторы для формирования и стабилизации наноразмерных частиц
гидроксиапатита, которые могут применяться в медицине в качестве
заменителя костной ткани
На основі гідроґельових кополімерів акрилового ряду одержано гідроґельові нанореактори для формування і стабілізації нанорозмірних частинок гідроксиапатиту, що можуть використовуватися у медицині в
якости замінника кісткової тканини.
Hydrogel nanoreactors based on the acrylic-copolymers’ series are synthesized
for formation and stabilization of hydroxyapatite nanoparticles,
which can be used in a medicine as bone-tissue substitute.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:49:19Z |
| format | Article |
| fulltext |
479
PACS numbers: 81.20.Fw, 82.33.Fg, 82.35.Jk, 82.70.Gg, 82.80.-d, 83.80.Kn, 87.68.+z
Гидрогелевые нанореакторы для формирования
гидроксиапатита
Ю. М. Самченко, Л. Ф. Суходуб*, С. Н. Данильченко*, Л. И. Береза,
З. Р. Ульберг, Л. Б. Суходуб**, А. Г. Шостенко***
Институт биоколлоидной химии им. Ф. Д. Овчаренко НАН Украины,
бульв. Акад. Вернадского, 42,
03142 Киев, Украина
*Институт прикладной физики НАН Украины,
ул. Петропавловская, 58,
40030 Сумы, Украина
**Институт микробиологии и иммунологии АМН Украины,
ул. Пушкинская, 14,
61057 Харьков, Украина
***Университет Николая Коперника,
ул. Гагарина, 7,
87-100 Торунь, Польша
На основе сополимеров акрилового ряда получены гидрогелевые нано-
реакторы для формирования и стабилизации наноразмерных частиц
гидроксиапатита, которые могут применяться в медицине в качестве
заменителя костной ткани.
На основі гідроґельових кополімерів акрилового ряду одержано гідро-
ґельові нанореактори для формування і стабілізації нанорозмірних час-
тинок гідроксиапатиту, що можуть використовуватися у медицині в
якости замінника кісткової тканини.
Hydrogel nanoreactors based on the acrylic-copolymers’ series are synthe-
sized for formation and stabilization of hydroxyapatite nanoparticles,
which can be used in a medicine as bone-tissue substitute.
Ключевые слова: нанореакторы, гидрогели, гидроксиапатит, акриламид,
ткань костная.
(Получено 5 сентября 2006 г.)
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2008, т. 6, № 2, сс. 479–485
2008 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. Â. Êурдþмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіþвання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
480 Ю. М. САМЧЕНÊО, Л. Ф. СУХОДУБ, С. Н. ДАНИЛЬЧЕНÊО и др.
1. ВВЕДЕНИЕ
Синтезу и характеризации наноразмерных частиц металлов и ком-
позитов на их основе в последнее время уделяется значительное вни-
мание исследователей [1, 2], что обусловлено, прежде всего, их уни-
кальными каталитическими, оптическими, магнитными и электри-
ческими характеристиками [3, 4]. Полимерные матрицы являþтся
одними из наиболее перспективных сред для формирования и стаби-
лизации наноразмерных благородных металлов [5, 6]. Ранее мы уже
сообщали о получении на основе акриловых мономеров гидрогеле-
вых нанореакторов, позволяþщих синтезировать в их межпоровом
пространстве наночастицы серебра и магнетита [7, 8]. Гидрогелевые
нанореакторы могут синтезировать в различных консистентных со-
стояниях, а именно, в виде монолитных пленок, пластин, блоков и
трубок с различной геометрией, в виде пластичной мазеобразной
массы, а также в виде высокодисперсных порошков с диаметром
около 0,05 мкм. Синтезированные гидрогели обладаþт высокой био-
совместимостьþ, а их базовые физико-химические параметры (набу-
хаемость, прочность, эластичность, прозрачность, ионо- и паропро-
ницаемость, сорбционная и пролонгируþщая способность по отно-
шениþ к различным лекарственным препаратам) могут целенаправ-
ленно изменяться в широких пределах.
Размер порового пространства в гидрогелях был охарактеризован
с использованием различных экспериментальных и теоретических
методов, а именно, исходя из сорбции и десорбции паров воды, де-
прессии температуры замерзания заклþченной в порах гидрогелей
воды по данным ДСÊ-измерений, электронно-микроскопических ис-
следований и компьþтерного моделирования. Было продемонстри-
ровано, что размер пор в гидрогелях варьируется в широких преде-
лах (5–100 нм) в зависимости от их химического состава (природа и
соотношение используемых мономеров, частота сшивки, доля сши-
того полимера в гидрогеле) и консистентного состояния. Подробнее
указанные экспериментальные данные были сопоставлены в [9].
На основании разработанных гидрогелей с инкорпорированным
наноразмерным коллоидным серебром были получены терапевтиче-
ские системы комплексного действия, проявляþщие, помимо хи-
миотерапевтического воздействия, обусловленного высвобождением
сорбированного лекарственного препарата, еще и местное бактери-
цидное действие, эффективность которого различна к разным штам-
мам болезнетворных микроорганизмов. Было показано, что наи-
меньшей чувствительностьþ к гидрогелевым матрицам с 0,5%-ным
содержанием коллоидного серебра обладаþт энтеробактерии и грибы
рода Candida, а наиболее уязвимы — энтерококки, стрептококки и,
особенно, стафилококки. С другой стороны, нанореакторные матри-
цы с инкорпорированным магнетитом могут применяться для созда-
ГИДРОГЕЛЕÂЫЕ НАНОРЕАÊТОРЫ ДЛЯ ФОРМИРОÂАНИЯ ГИДРОÊСИАПАТИТА 481
ния магнитоуправляемых носителей лекарственных препаратов с их
адресным пролонгированным высвобождением.
Настоящее сообщение посвящено решениþ другой актуальной
медицинской задачи — формированиþ и стабилизации в гидроге-
левых нанореакторных матрицах частиц гидроксиапатита — в ка-
честве аналога и заменителя костной ткани. Было исследовано на-
бухание полученных композитных материалов в различных средах,
в том числе, биологических, изучены их спектральные и рентгено-
структурные характеристики. На основе синтезированных гидро-
гелевых нанореакторов с инкорпорированным гидроксиапатитом
разработаны и испытываþтся материалы для эндопротезирования
и заполнения дефектов костной ткани.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Гидрогелевые нанореакторные матрицы были получены посредством
трехмерной радикальной полимеризации акриловых мономеров (ак-
риламида, акрилонитрила, акриловой кислоты), осуществляемой в
среде полярного растворителя, при комнатной температуре, с при-
менением окислительно-восстановительной инициируþщей систе-
мы (персульфат калия–метабисульфит натрия). Подробнее методика
синтеза гидрогелевых нанореакторных матриц описывалась нами
ранее [7].
 синтезированных гидрогелевых нанореакторах было осуществ-
лено формирование наночастиц гидроксиапатита с превалируþщим
размером 20–40 нм. Инкорпорация наночастиц гидроксиапатита
осуществлялась посредством последовательной обработки гидроге-
левой матрицы растворами Ca(NO3)2, (NH4)2HPO4 и NH4ОН. Было ус-
тановлено оптимальное соотношение реагентов и оптимальные тем-
пературные и временные режимы обработки, позволяþщие достичь
наибольшей эффективности процесса формирования частиц гидро-
ксиапатита в нанопорах гидрогеля.
Способность гидрогелей к набуханиþ изучалась гравиметриче-
ским методом. Степень набухания определялась по формуле:
Q(МнМс)/Мс,
где Мн — масса набухшего до равновесного значения образца, Мс —
масса высушенного образца.
При подсчетах усреднялись результаты, полученные при измере-
нии набухания пяти аналогичных образцов. Масса гидрогелевых об-
разцов определялась с точностьþ до четвертого знака после запятой.
Рентгеноструктурные исследования были выполнены на дифрак-
тометре ДРОН4-07 («Буревестник», Россия). Использовалось излу-
чение CuK (длина волны 0,154 нм) при условиях фокусировки по
482 Ю. М. САМЧЕНÊО, Л. Ф. СУХОДУБ, С. Н. ДАНИЛЬЧЕНÊО и др.
Брэггу–Брентано (2) (2 — брэгговский угол). Ток и напряже-
ние на рентгеновской трубке имели значения 20 мА и 30 кÂ, соот-
ветственно. Образцы снимали в режиме непрерывной регистрации
(скорость 2/мин) в диапазоне углов 2 от 5 до 55.
Âсе процедуры обработки экспериментальных данных были вы-
полнены с помощьþ лицензионного программного пакета поддерж-
ки эксперимента и обработки результатов (DIFWIN-1, ТОО «Эталон
ПТЦ»). Идентификация кристаллических фаз была выполнена
также с помощьþ системного программного обеспечения со ссыл-
кой на стандартные JCPDS карточки (картотека Объединенного
комитета по стандартам порошковой дифракции или Международ-
ного центра дифракционных данных).
Растровая электронная микроскопия с рентгеновским микроана-
лизом была реализована на приборе РЕММА102 (SELMI, Украина).
Прибор позволяет визуализировать поверхность образца в широком
диапазоне увеличений с разрешением порядка 10 нм и получать дан-
ные об элементном составе из анализа характеристических рентге-
новских спектров, возбуждаемых электронным зондом. Â режиме
получения изображения во вторичных электронах ускоряþщее на-
пряжение было 5 кÂ. Микроанализ выполнялся с использованием
энергодисперсного спектрометра EDX (ЭДАР). Для калибровок при
количественном анализе использовали штатные эталонные образцы.
Обработка спектрометрической информации, выполнение необхо-
димых калибровочных измерений, расшифровка характеристиче-
ских рентгеновских спектров и количественный анализ проводились
с помощьþ программного обеспечения системы микроанализа. Про-
цедура расчета состава образца основана на классической схеме ZAF-
коррекции матричных эффектов, методом внешнего эталона. Перед
исследованием образец покрывался тонкой проводящей пленкой се-
ребра в вакуумной установке ÂУП-5М (SELMI, Украина).
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Êинетика набухания синтезированных гидрогелевых нанореактор-
ных матриц со сформированными наночастицами гидроксиапатита
и ненаполненных была исследована в дистиллированной воде фи-
зиологическом растворе. На рисунке 1 приведены соответствуþщие
данные применительно к дистиллированной воде. Соответствуþ-
щие кривые для набухания в физиологическом растворе обладаþт
подобным профилем. Êак можно заклþчить, кривые, характери-
зуþщие набухание, являþтся типичными кривыми насыщения,
особенно, в случае нанореакторных матриц с инкорпорированным
гидроксиапатитом. С увеличением времени созревания (продолжи-
тельности нахождения нанореакторных матриц в 1%-ном водном
растворе аммиака) эффективность процесса насыщения матрицы
ГИДРОГЕЛЕÂЫЕ НАНОРЕАÊТОРЫ ДЛЯ ФОРМИРОÂАНИЯ ГИДРОÊСИАПАТИТА 483
неорганическим компонентом возрастает, свидетельством чего яв-
ляется снижение равновесной степени набухания и сокращение
времени ее достижения.
На рисунке 2 сопоставлены дифрактограммы ненаполненной гид-
рогелевой матрицы (а) и гидрогелевой нанореакторной матрицы со
сформированными наночастицами гидроксиапатита (б). Индексами
Миллера отмечены положения дифракционных линий Са5(РО4)3ОН
по данным JCPDS # 9-0432. Êак можно заклþчить из сопоставления
приведенных дифрактограмм, инкорпорация кальций-фосфатной
составляþщей в гидрогелевуþ нанореакторнуþ матрицу действи-
тельно имеет место в условиях ее последовательной обработки рас-
творами Ca(NO3)2, (NH4)2HPO4 и NH4ОН.
Наблþдаþщаяся размытая картина рентгеновской дифракции
свидетельствует о высокой дисперсности инкорпорированных час-
тиц гидроксиапатита. Приблизительная оценка размеров сформи-
рованных кристаллитов может быть выполнена с использованием
формулы Селякова–Шеррера, связываþщей уширение линии и
обуславливаþщий его малый размер кристаллита L:
cosm
K
L
,
где — длина волны; — угол дифракции; m — физическое ушире-
ние линии образца (ширина пика на половине высоты или интеграль-
ная ширина), обусловленное малыми размерами кристаллитов; K —
константа, близкая к единице. Для линии (002), соответствуþщей
кристаллографическому направлениþ перпендикулярному базисной
Рис. 1. Êинетика набухания в дистиллированной воде ненаполненной гид-
рогелевой нанореакторной матрицы на основе ПААГ (1) и наполненных
матриц со временем формирования гидроксиапатита: 0,5 (2), 0,75 (3), 2 (4)
часа.
484 Ю. М. САМЧЕНÊО, Л. Ф. СУХОДУБ, С. Н. ДАНИЛЬЧЕНÊО и др.
плоскости гексагональной элементарной ячейки апатита, уширение
соответствует размеру 10–15 нм. Линии, отвечаþщие перпендику-
лярным направлениям (например, (300) и (310)), уширены еще в
большей степени, что свидетельствует об очень малой шири-
не/толщине кристаллитов (примерно 3–5 нм).
Таким образом, по форме кристаллиты гидроксиапатита в на-
полненной гидрогелевой нанореакторной матрице вытянуты вдоль
гексагональной оси, как это наблþдается и в биогенном апатите, а
по размерам в 1,5–2 раза меньше размеров кристаллитов гидро-
ксиапатита зрелой костной ткани.
Êак следует из рентгеноспектрального анализа (ЭДАР) нанокла-
стеров гидроксиапатита, сформированных в гидрогелевой наноре-
акторной матрице (рис. 3), соотношение Са/Р в них составляет 2,62,
а б
Рис. 2. Дифрактограммы ненаполненной гидрогелевой матрицы на основе
ПААГ (а) и гидрогелевой матрицы с инкорпорированными наночастицами
гидроксиапатита (б).
Рис. 3. Рентгеновский спектр образца гидрогелевой нанореакторной мат-
рицы с инкорпорированными наночастицами гидроксиапатита, снятый
при помощи EDX (ЭДАР).
ГИДРОГЕЛЕÂЫЕ НАНОРЕАÊТОРЫ ДЛЯ ФОРМИРОÂАНИЯ ГИДРОÊСИАПАТИТА 485
что превышает стехиометрическое отношение (2,17) для чистого
гидроксиапатита. Подобное соотношение, как правило, имеет место
в тех случаях, когда помимо фазы гидроксиапатита, в системе при-
сутствует избыточный кальций в составе, так называемого, «неапа-
титного» окружения [10, 11].
Таким образом, полученные результаты свидетельствуþт, что
гидрогелевые нанореакторы на основе акриловых мономеров могут с
успехом применяться для получения, стабилизации и хранения на-
нокластеров гидроксиапатита, близкого по своему строениþ к био-
генному. Превалируþщий размер сформированных частиц гидрок-
сиапатита составляет 3–15 нм.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. M. Antonietti and C. Goltner, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 36: 910 (1997).
2. S. Keki, J. Torok, and G. Deak, J. Coll. Int. Sci., 229: 550 (2000).
3. K. Ghosh and S. Maiti, J. Appl. Polym. Sci., 60: 323 (1996).
4. S. Keki, L. Nagy, and G. Deak, J. Am. Soc. Mass. Spectrom., 15: 1455 (2004).
5. Г. Б. Сергеев, Нанохимия (Москва: Издательство Московского университе-
та: 2003).
6. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исссле-
дований (Ред. М. Роко, Р. Уильямс, П. Аливисатос) (Москва: Мир: 2002).
7. Ю. М. Самченко, Н. А. Пасмурцева, З. Р. Ульберг, Доповіді НАН України,
№2: 146 (2007).
8. Ю. М. Самченко, Н. А. Пасмурцева, З. Р. Ульберг, Доповіді НАН України,
№6: 143 (2007).
9. Ю. М. Самченко, Гідрогелеві носії лікарських препаратів з керованими
колоїдно-хімічними властивостями (автореферат дис. докт. … хім. наук)
(Êиїв: 2006).
10. S. N. Danilchenko, V. A. Pokrovsky, V. M. Bogatyrov, L. F. Sukhodub, and B.
Sukhio-Cleff, Cryst. Res. Technol., 40: 692 (2005).
11. S. N. Danilchenko, A. V. Koropov, I. Yu. Protsenko, B. Sulkio-Cleff, and L. F.
Sukhodub, Cryst. Res. Technol., 41: 263 (2006).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87939 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1816-5230 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:49:19Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Самченко, Ю.М. Суходуб, Л.Ф. Данильченко, С.Н. Береза, Л.И. Ульберг, З.Р. Суходуб, Л.Б. Шостенко, А.Г. 2015-10-31T07:15:18Z 2015-10-31T07:15:18Z 2008 Гидрогелевые нанореакторы для формирования гидроксиапатита / Ю.М. Самченко, Л.Ф. Суходуб, С.Н. Данильченко, Л.И. Береза, З.Р. Ульберг, Л.Б. Суходуб, А.Г. Шостенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 2. — С. 479-485. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 81.20.Fw,82.33.Fg,82.35.Jk,82.70.Gg,82.80.-d,83.80.Kn,87.68.+z https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87939 На основе сополимеров акрилового ряда получены гидрогелевые нанореакторы для формирования и стабилизации наноразмерных частиц
 гидроксиапатита, которые могут применяться в медицине в качестве
 заменителя костной ткани На основі гідроґельових кополімерів акрилового ряду одержано гідроґельові нанореактори для формування і стабілізації нанорозмірних частинок гідроксиапатиту, що можуть використовуватися у медицині в
 якости замінника кісткової тканини. Hydrogel nanoreactors based on the acrylic-copolymers’ series are synthesized
 for formation and stabilization of hydroxyapatite nanoparticles,
 which can be used in a medicine as bone-tissue substitute. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Гидрогелевые нанореакторы для формирования гидроксиапатита Hydrogels Nanoreactors for Hydroxyapatite Production Article published earlier |
| spellingShingle | Гидрогелевые нанореакторы для формирования гидроксиапатита Самченко, Ю.М. Суходуб, Л.Ф. Данильченко, С.Н. Береза, Л.И. Ульберг, З.Р. Суходуб, Л.Б. Шостенко, А.Г. |
| title | Гидрогелевые нанореакторы для формирования гидроксиапатита |
| title_alt | Hydrogels Nanoreactors for Hydroxyapatite Production |
| title_full | Гидрогелевые нанореакторы для формирования гидроксиапатита |
| title_fullStr | Гидрогелевые нанореакторы для формирования гидроксиапатита |
| title_full_unstemmed | Гидрогелевые нанореакторы для формирования гидроксиапатита |
| title_short | Гидрогелевые нанореакторы для формирования гидроксиапатита |
| title_sort | гидрогелевые нанореакторы для формирования гидроксиапатита |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87939 |
| work_keys_str_mv | AT samčenkoûm gidrogelevyenanoreaktorydlâformirovaniâgidroksiapatita AT suhodublf gidrogelevyenanoreaktorydlâformirovaniâgidroksiapatita AT danilʹčenkosn gidrogelevyenanoreaktorydlâformirovaniâgidroksiapatita AT berezali gidrogelevyenanoreaktorydlâformirovaniâgidroksiapatita AT ulʹbergzr gidrogelevyenanoreaktorydlâformirovaniâgidroksiapatita AT suhodublb gidrogelevyenanoreaktorydlâformirovaniâgidroksiapatita AT šostenkoag gidrogelevyenanoreaktorydlâformirovaniâgidroksiapatita AT samčenkoûm hydrogelsnanoreactorsforhydroxyapatiteproduction AT suhodublf hydrogelsnanoreactorsforhydroxyapatiteproduction AT danilʹčenkosn hydrogelsnanoreactorsforhydroxyapatiteproduction AT berezali hydrogelsnanoreactorsforhydroxyapatiteproduction AT ulʹbergzr hydrogelsnanoreactorsforhydroxyapatiteproduction AT suhodublb hydrogelsnanoreactorsforhydroxyapatiteproduction AT šostenkoag hydrogelsnanoreactorsforhydroxyapatiteproduction |