Идентификация кальций-фосфатных биоматериалов на основе характеристических ионов в масс-спектрах

  • А. Н. Калинкевич Институт прикладной физики НАН Украины, 40000, Сумы, ул. Петропавловская 58, Украина
  • С. Н. Данильченко Институт прикладной физики НАН Украины, 40000, Сумы, ул. Петропавловская 58, Украина
  • Л. Ф. Суходуб Сумський державний університет, Медичний інститут, 40024, Сумы, ул. Санаторная, 31, Украина

Анотація

Гидроксиапатит является одним из лучших материалов для производства или модификации ортопедических имплантатов; он также может быть частью синтетических композиционных материалов для регенерации костной ткани. Биологическая активность гидроксиапатита обусловлена структурным сходством с неорганической частью костной ткани (которая часто называется нестехиометрическим гидроксиапатитом или биоапатитом). Гидроксиапатит резорбируется окружающей костной тканью и замещается природной костью, что приводит к хорошей связи между имплантатом и тканью. Существует много методов разработки создания гидроксиапатных биоматериалов. Преимущества и недостатки каждого метода следует изучать индивидуально, в каждом конкретном случае следует учитывать свойства полученного гидроксиапатита, его химическую чистоту, микро- и наноструктуру, макроскопические структурные особенности, прочность связывания с костной тканью, биосовместимость. Нами были проведены масс-спектрометрические исследования синтетического гидроксиапатита с использованием плазменно-десорбционной масс-спектрометрии (252Cf ПДМС). Был проведен анализ ионов, которые десорбируются с поверхности гидроксиапатита в условиях ПДМС, были выявлены три серии многоатомных ионов, две из которых не описаны ранее в литературе.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:  гидроксиапатит, плазменно-десорбционная масс-спектрометрия, ионообразование, характеристические ионы.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

1. Glimcher M.J. Bone: Nature of the Calcium Phosphate Crystals and Cellular, Structural, and Physical Chemical Mechanisms in Their Formation / M.J. Glimcher // Reviews in Mineralogy and Geochemistry – Mineralogical Society of America. – 2006. – V.64. – P. 223–282.

2. Dorozhkin S.V. Calcium Orthophosphates in Nature, Biology and Medicine / S.V. Dorozhkin // Materials. – 2009. – V. 2. – P. 399–498.

3. Dorozhkin S.V. Nanodimensional and Nanocrystalline Apatites and Other Calcium Orthophosphates in Biomedical Engineering, Biology and Medicine / S.V. Dorozhkin // Materials. – 2009. – V. 2. – P. 1975–2045.

4. Dorozhkin S.V. Calcium orthophosphates / S.V. Dorozhkin // J. Mater. Sci.– 2007.– V.42.– P. 1061–1095.

5. Dorozhkin S.V. Biocomposites and hybrid biomaterials based on calcium orthophosphates / S.V. Dorozhkin // Biomatter. – 2011. ¬– V. 1:1. – P. 3–56.

6. Kanazava T. Neorganicheskie fosfatnye materialy / T. Kanazava [per. s angl. pod red. akad. A.P. Shpaka i V.L. Karbovskogo]. – K.: Naukova dumka, 1998. – 297 s.

7. Cazalbou S. Adaptative physico-chemistry of bio-related calcium phosphates / S. Cazalbou, C. Combes, D. Eichert, C. Rey // J. Mater. Chem. – 2004. – V. 14. – P. 2148–2153.

8. Chakraborty S. Structural and microstructural characterization of bioapatites and synthetic hydroxyapatite using X–ray powder diffraction and Fourier transform infrared techniques / S. Chakraborty, S. Bag, S. Pal // J. Appl. Cryst. – 2006. – V. 39. – P. 385–390.

9. Diagnostika apatitopodobnyh struktur na osnove welochnozemel'nyh metallov / A.P.Shpak, V.L. Karbovskij, V.V. Trachevskij [i dr.] // Metallofiz. novejshie tehnol.– 2003.– T.25.– №10.– C. 1279–1301.

10. Elliott J.C. Structure and Chemistry of the Apatites and Other Calcium Orthophosphates / J.C. Elliott Amsterdam: Elsevier, 1994. – 389 p. – (Studies in Inorganic Chemistry; No. 18).

11. Suchanek W. Processing and properties of hydroxyapatite–based biomaterials for use as hard tissue replacement implants / W. Suchanek, M. Yoshimura // J. Mater. Res. – 1998.– V. 13., № 1.– P. 94–117.

12. Preparation and properties of inhomogeneous hydroxyapatite ceramics / Z. Zyman, I. Ivanov, V. Glushko [et al.] // J. Biomed. Mater. Res. – 1999. – V. 46. – P. 135–140.

13. Gross K.A. Biomedical Application of Apatites / K.A. Gross, C.C. Berndt // Phosphates: geochemical, geobiological and materials importance. Series: Reviews in mineralogy and geochemistry, Vol. 48. [editors Kohn M.J., Rakovan J., Hughes J.M.] – Mineralogical Society of America, Washington, DC. – 2002. – P. 631–672.

14. White T.J. Structural derivation and crystal chemistry of apatites / T.J. White, D. ZhiLi // Acta Crystallographica. – 2003. – V.59.– P. 1–16.

15. Vallet-Regí M. Ceramics for medical applications / M. Vallet-Regí // J. Chem. Soc., Dalton Trans. – 2001. – P. 97–108.

16. The effect of organic ligands on the crystallinity of calcium phosphate / J.A.M. van der Houwen, G. Cressey, B.A. Cressey, E. Valsami-Jones // J. Crystal Growth. – 2003. – V. 249. – P. 572–583.

17. Crystal Structure of Calcium-Deficient Carbonated Hydroxyapatite. Thermal Decomposition. / T.I. Ivanova, O.V. Frank-Kamenetskaya, A.B. Kol'tsov, V.L. Ugolkov // J. Solid State Chem. – 2001. – V. 160. – P. 340–349.

18. Leventouri Th. Synthetic and biological hydroxyapatites: Crystal structure questions / Th. Leventouri // Biomaterials. – 2006. – V. 27. – P. 3339–3342.

19. Wopenka B. A mineralogical perspective on the apatite in bone / B. Wopenka, J.D. Pasteris // Material Sci. Eng. – 2005. – V. C25. – P. 131–143.

20. Calcium phosphate phase identification using XPS and time–of–flight cluster SIMS / C.C. Chusuei, D.W. Goodman, M.J. Van Stipdonk, [et al.] // Anal. Chem. – 1999. – V. 71. – P. 149–153.

21. Application of 252Cf plasma desorption mass spectrometry in dental research / H.-W. Fritsch, L. Schmidt, P. Köhl, [et al.] // Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. – 1993. – V. 126. – P. 191–196.

22. Identification of human calculi with time-of-flight secondary ion mass spectrometry / C.A.A. Ghumman, O.M.T. Carreira, A.M.C. Moutinho, [et al.] // Rapid Commun. Mass Spectrom. – 2010. – V. 24. – P. 185–190.

23. Wang C. Ab initio interionic potentials for CaO by multiple lattice inversion / C. Wang, S. Zhang, N.-X. Chen // J. Alloys Compounds. – 2005. – V. 388. – P. 195–207.

24. Liu H. Characterization of phosphate–containing metabolites by calcium adduction and electron capture dissociation / H. Liu, H. Ju Yoo, K. Håkansson // J. Am. Soc. Mass Spectrom. – 2008. – V. 19. – P. 799–808.

25. Carl D.R. Binding energies for the inner hydration shells of Ca2+: An experimental and theoretical investigation of Ca2+(H2O)x complexes (x = 5–9) / D.R. Carl, R.M. Moision, P.B. Armentrout // Int. J. Mass Spectrom. – 2007. – V. 265. – P. 308–325.

26. Ab initio modelling of calcium phosphate clusters and their vibrational spectra / I.E. Boldeskul, L.F. Sukhodub, A.N. Kalinkevich, V.D. Khavryutchenko // Cond. Matter Physics. – 2006. – V. 9, No. 4(48). – P. 669–679.

27. Theoretical study of adsorption of tabun on calcium oxide clusters / A. Michalkova, Y. Paukku, D. Majumdar, J. Leszczynski // Chem. Phys. Lett. – 2007. – V. 438. – P. 72–77.

28. Calcium phosphate clusters / N. Kanzaki, G. Treboux, K. Onuma, [et al.] // Biomaterials. – 2001. – V. 22. – P. 2921–2929.

29. TOF-SIMS analysis of the interface between bone and titanium implants – Effect of porosity and magnesium coating / H. Nygren, C. Eriksson, K. Hederstierna, P. Malmberg // Appl. Surf. Sci. – 2008. – V. 255. – P. 1092–1095.

30. ToF-SIMS images and spectra of biomimetic calcium silicate–based cements after storage in solutions simulating the effects of human biological fluids / A. Torrisi, V. Torrisi, N. Tuccitto, [et al.] // Int. J. Mass Spectrom. – 2010. – V. 289. – P. 150–161.

31. Electrospray ionization tandem mass spectrometric study of salt cluster ions. Part 1 - Investigations of alkali metal chloride and sodium salt cluster ions / C. Hao, R.E. March, T.R. Croley, [et al.] // J. Mass Spectrom. – 2001. – V. 36. – P. 79–96.

32. Hao C. Electrospray ionization tandem mass spectrometric study of salt cluster ions: Part 2 - Salts of polyatomic acid groups and of multivalent metals / C. Hao, R.E. March // J. Mass Spectrom. – 2001. – V. 36. – P. 509–521.
Цитовано
0 статей
Як цитувати
Калинкевич, А., Данильченко, С., & Суходуб, Л. (1). Идентификация кальций-фосфатных биоматериалов на основе характеристических ионов в масс-спектрах. Біофізичний вісник, 2(27). Retrieved із https://periodicals.karazin.ua/biophysvisnyk/article/view/2546
Розділ
Методи біофізичних досліджень