Анотація до роботи:

Данильченко С.М. Субструктура та дефектність кристалів біогенного апатиту.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла.- Сумський державний університет, Суми, 2004.

Дисертаційна робота присвячена вивченню структурних і субструктурних особливостей нанокристалів біоапатиту кісткової тканини та з’ясуванню фізичної суті процесів у біомінералі з метою подальшого встановлення функціональної ролі дефектів кристалічної будови. Отримано нові дані про існування кількох типів карбонатних комплексів у біоапатиті. Показано, що структурні дефекти переважно локалізуються у приповерхневих областях кристалів. Встановлено, що неапатитне оточення кристалів кальційдефіцитного апатиту являє собою, головним чином, карбонат кальцію. Як узагальнення отриманих результатів запропонована кристалофізична модель ультраструктурної організації кристалів біоапатиту кісткової тканини, за якою об’ємні карбонатні комплекси локалізуються переважно у міжкристалітних або приповерхневих областях мозаїчних блоків, що утворюють кристали, а поверхневі – у формі CaCO₃ перебувають у складі неапатитного оточення кристалів.

1. Вперше методи дослідження профілю дифракційних ліній, такі, як гармонічний Фур’є-аналіз, звичайна апроксимація та апроксимація потрійною конволюцією, були застосовані для визначення розмірів кристалітів (L) та мікродеформацій кристалічної решітки (e) біомінералу кісткової тканини. Обмеженість названих методів в умовах низької кристалічності біоапатиту було подолано шляхом використання орієнтованих зразків, що характеризуються природною текстурою, та порошкоподібних зразків на початкових стадіях рекристалізації. Установлено, що для біоапатиту нормальної тканини параметри субструктури становлять L »20 нм, e » 0,2 %.

2. У результаті комплексних досліджень термоактивованих процесів, що відбуваються у біоапатиті та в модельних апатитах синтетичних зразків, з’ясовано ряд характеристик дефектності кристалічної будови біомінералу:

– шляхом вивчення температурної залежності параметрів субструктури біоапатиту встановлено закономірності рекристалізаційного росту кристалів та температурний інтервал зникнення мікродеформацій кристалічної решітки (Т=873-973 К);

– при сумісному застосуванні РСА для визначення температурних змін параметрів субструктури біоапатиту та ТПД МС для дослідження кінетики видалення карбонатних комплексів і розрахунку відповідних неізотермічних параметрів встановлено особливості локалізації карбонатів;

– на основі даних про ступінчастий характер термічного розпаду біоапатиту з утворенням магнійвмісної фосфатної фази зроблено висновок про нерівномірний розподіл цього домішкового елемента з переважною його локалізацією в приповерхневих областях кристалів;

– із порівняльного аналізу температурних залежностей параметрів решітки карбонатних апатитів та біоапатиту отримано підтвердження переважної локалізації карбонатних комплексів біоапатиту на межах розділу кристалітів та в їх приповерхневих областях.

3. На основі експериментальних даних про зміни параметрів субструктури біоапатиту в ході модельної демінералізації (зменшенню L від 20 до 15 нм відповідає зменшення e приблизно вдвічі) отримано докази переважної локалізації структурних дефектів в приповерхневих областях кристалітів при відносній малодефектності їх внутрішніх об’ємів.

4. У результаті встановлення температурної залежності співвід-ношення Са/Р в кристалах біоапатиту при застосуванні послідовної піролітичної та ультразвукової обробки для усунення неапатитного оточення було виявлено ефект перетворення Са-дефіцитного апатиту у стехіометричний, що відповідає температурі видалення карбонатних комплексів. Отримані дані підтверджують, що основною складовою неапатитного оточення кристалів Са-дефіцитного біоапатиту є карбонат кальцію.

5. За результатами проведених комплексних досліджень запропонована кристалофізична модель ультраструктурної організації кристалів біоапатиту кісткової тканини, згідно з якою об’ємні карбонатні комплекси локалізуються переважно у міжкристалітних та приповерхневих областях мозаїчних блоків, що утворюють кристали, а поверхневі у формі карбонату кальцію містяться у складі неапатитного оточення кристалів.

Публікації автора:

1. Danilchenko S.N., Kukharenko O.G., Moseke C., Protsenko I.Yu., Sukhodub L.F., Sulkio-Cleff B. Determination of the Bone Mineral Crystallite Size and Lattice Strain from Diffraction Line Broadening // Cryst. Res. Technol.-2002.-V.37, №11.-P.1234-1240.

2. Danilchenko S.N., Moseke C. Sukhodub L.F., Sulkio-Cleff B. X-Ray Diffraction Studies of Bone Apatite under Acid Demineralization // Cryst. Res. Technol.-2004.-V.39, №1.-P.71-77.

3. Данильченко С.М., Покровський В.О., Богатирьов В.М., Суходуб Л.Ф., Сулкіо-Клефф Б. Дослідження локалізації карбонатів у мінералі кісткової тканини методами рентгеноструктурного аналізу та температурно-програмованої десорбційної мас-спектрометрії // Фізика і хімія твердого тіла.-2003.-Т.4, №3.-С.589-595.

4. Данильченко C.Н., Проценко И.Е., Ульянчич Н.В., Мозеке К., Суходуб Л.Ф., Сулкио-Клефф Б. Температурная зависимость субструктуры кристаллов гидроксиапатита // Вісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка.-2001.-№3-4 (24-25).-С.84-92.

5. Данильченко C.Н. Использование рентгеновского фазового анализа при определении содержания и локализации Mg в биоапатите // Вісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка.-2002.-№13 (46).-С.93-101.

6. Данильченко C.Н., Павленко П.А., Чемерис И.И., Суходуб Л.Ф. Исследование стехиометричности биоапатита костной ткани методом электронно-зондового рентгеновского микроанализа // Вісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка.-2003.-№10 (56).-С.73-79.

7. Danilchenko S.N., Moseke C., Boiling O., Pavlenko P.A., Stashura Z., Sukhodub L.F., Sulkio-Cleff B. X-Ray Analysis of Lattice Microdistortions and Crystallite Size in Bone Mineral under Model Demineralization // Мінералогічний журнал.-2003.-Т.25, №4.-С.65-71.

8. Данильченко C.Н., Бугай А.Н., Павленко П.А., Чемерис И.И., Суходуб Л.Ф., Сулкио-Клефф Б. Исследование деминерализованной костной ткани методом растровой электронной микроскопии // Ортопед. травматол.-2000.-№2.-С.32-34.

9. Sukhodub L.F., Danilchenko S.N., Grechko S.Ya. Elemental Laser Mass Spectrometric Analysis of Biological and Ecological Samples // Book of Abstracts 14^th International Mass Spectrometry Conference.-Tampere, Finland.-1997.-P.67.

10. Danilchenko S.N., Moseke C., Kshnyakin V.S., Aksyonov S.A., Sukhodub L.F., Sulkio-Cleff B. X-ray diffraction studies of the bone mineral // Book of Abstracts ARGUS-99.-Odessa.-1999.-P.95-96.

11. Danilchenko S.N., Kshnyakin V.S., Kshnyakina S.I., Sekirin I.V., Sukhodub L.F. The use of infrared spectroscopy and X-Ray structural analysis for the study of the mineral of normal and pathological osteal tissue // Book of Abstracts III International Conference “Vibrational Spectroscopy in Materials Science”.-Cracow, Poland.-2000.-P.57.

12. Danilchenko S.N. Methodical opportunities of the XRD analysis used at the researches biogenic and synthetic hydroxyapatite // Proceeding of the Second Sumy-Cracow-Muenster Symposium on Nuclear Analytical Methods.-Cracow, Poland.-2001.-P.64-67.