Ідентифікація кальцій-фосфатних біоматеріалів на основі характеристичних іонів у мас-спектрах
Ключові слова:
гідроксиапатит, плазмово-десорбційна мас-спектрометрія, іоноутворення, характеристичні іони
Анотація
Гідроксиапатит є одним з найкращих матеріалів для виробництва або модифікації ортопедичних
імплантатів; він також може бути частиною синтетичних композиційних матеріалів для регенерації
кісткової тканини. Біологічна активність гідроксиапатиту обумовлена структурною подібністю з
неорганічною частиною кісткової тканини (яку часто називають нестехіометричним
гідроксиапатитом або біоапатитом). Гідроксиапатит резорбується навколишньою кістковою
тканиною й заміщується природною кісткою, що приводить до доброго зв’язку між імплантатом і
тканиною. Існує багато методів створення гідроксиапатних біоматеріалів. Переваги й недоліки
кожного методу варто вивчати індивідуально, у кожному конкретному випадку треба враховувати
властивості отриманого гідроксиапатиту, його хімічну чистоту, мікро- і наноструктуру,
макроскопічні структурні особливості, міцність зв’язування з кістковою тканиною, біосумісність.
Нами були проведені мас-спектрометричні дослідження синтетичного гідроксиапатиту з
використанням плазмово-десорбційної мас-спектрометрії (252Cf ПДМС). Був проведений аналіз
іонів, які десорбуються з поверхні гідроксиапатиту в умовах ПДМС, були виявлені три серії
багатоатомних іонів, дві з яких не описані раніше в літературі.
Завантаження
##plugins.generic.usageStats.noStats##
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.
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
Як цитувати
Kalinkevich, A. N., Danilchenko, S. N., & Sukhodub, L. F. (1). Ідентифікація кальцій-фосфатних біоматеріалів на основі характеристичних іонів у мас-спектрах. Біофізичний вісник, 2(27). вилучено із https://periodicals.karazin.ua/biophysvisnyk/article/view/2546
Розділ
Методи біофізичних досліджень
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
