Свойства, морфология и структурные характеристики допированных кальцийсодержащих соединений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Киселев Владимир Михайлович

• Киселев Владимир Михайлович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Киселев Владимир Михайлович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Кальцийсодержащие биоминералы и покрытия на их основе

1.1.1. Гидроксилапатит

1.1.2. Брушит

1.1.3. Биоактивные кальцийфосфатные покрытия

1.1.4. Оксалаты кальция

1.2. Физико-химические основы процесса кристаллизации из растворов

1.2.1. Стадийность процесса кристаллизации

1.2.2. Массовая кристаллизация

1.2.3. Особенности процесса кристаллизации в высыхающей капле

1.2.4. Теоретические основы процесса кристаллизации фосфатов кальция из водных растворов

1.2.5. Влияние неорганических и органических добавок на процессы кристаллизации соединений кальция

1.3. Взаимосвязь свойств, структуры и морфологии объектов. Морфологический анализ на основе теории фракталов

1.3.1. Основы фрактальной геометрии

1.3.2. Методы измерения размерности геометрических фракталов

1.3.3. Применение метода фрактального анализа для реальных объектов

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Методология синтеза образцов Ca-содержащих соединений

2.1.1. Синтез гидроксилапатита

2.1.2. Синтез брушита

2.1.3. Синтез оксалатов кальция

2.1.4. Синтез фосфатов и оксалатов кальция в присутствии органических и неорганических добавок

2.2. Методы исследования кинетики кристаллизации

2.3. Определение состава надосадочной жидкости

2.3.1. Методика определения концентрации ионов кальция

2.3.2. Методика определения концентрации фосфат-ионов

2.3.3. Методика определения концентрации оксалат-ионов

2.4. Физико-химическое исследование твердых фаз

2.4.1. Методика рентгенофазового анализа

2.4.2. Методика ИК-Фурье-спектроскопии

2.4.3. Методика создания макроснимков объектов и исследования морфологии частиц методом оптической микроскопии

2.5. Методика подготовки образцов сплава ВТ1-0 для изучения явлений на поверхности

2.6. Методика определения типа микрокристаллизации смешанной слюны

2.7. Методология морфологического анализа

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ

3.1. Определение допустимых концентраций веществ в модельных растворах для применения метода морфологического анализа

3.2. Изучение кристаллических структур гидроксилапатита и брушита (без добавок)

3.3. Влияние неорганических и органических добавок на процесс кристаллизации гидроксилапатита

3.4. Влияние неорганических и органических добавок на процесс кристаллизации

брушита

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР И КИНЕТИКИ ОСАЖДЕНИЯ ОКСАЛАТОВ КАЛЬЦИЯ

4.1. Изучение кинетики кристаллизации оксалатов кальция

4.2. Взаимосвязь морфологических и кинетических параметров кристаллизации оксалатов кальция

4.3. Влияние органических и неорганических добавок на кинетику кристаллизации оксалатов кальция

ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ РАЛЬНЫХ СИСТЕМ (БИОЛОГИЧЕСКИЕ

ЖИДКОСТИ, СПЛАВЫ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ, КАЛЬЦИЙФОСФАТНЫЕ ПОКРЫТИЯ)

5.1. Изучение структур высыхающих капель ротовой жидкости человека

5.2. Анализ явлений на поверхности титанового сплава ВТ1-0

ВЫВОДЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Свойства, морфология и структурные характеристики допированных кальцийсодержащих соединений»

ВВЕДЕНИЕ

Разработка новых многофункциональных материалов и методов их исследования является одной из перспективных задач в области физической химии. Актуальность данного направления обусловлена нарастающей потребностью медицины в биосовместимых, нетоксичных синтетических образцах и покрытиях, предназначенных для восстановления поврежденных и утраченных участков костной и зубной ткани [1, 2].

В настоящее время мировой спрос, например, на ортопедические имплантаты превышает 6 миллионов единиц в год и продолжает увеличиваться [3]. При этом для производства используются преимущественно материалы естественного происхождения, в то время как синтетические аналоги применимы лишь в случае локальных дефектов и в качестве связующих звеньев между имплантатом и тканью, ввиду особенностей своих свойств [4].

Известно, что кость человека является композиционным материалом, неорганическая часть которого образована фосфатами кальция (ФК), преимущественно в форме гидроксилапатита (ГА) нестехиометрического состава [5, 6]. Данный факт обуславливает интерес изучения и возможность применения в биомедицинских целях материалов на основе ГА, имеющих сходство с химическим составом костной и зубной ткани и высокую биосовместимость. К ним относятся синтетические ФК с различным соотношением Ca/P, в том числе модифицированные образцы, полученные в результате катионных и анионных замещений, а также смеси с другими компонентами (брушит, кальцит) и кальцийфосфатные покрытия на металлах и композитах [1, 4, 7, 8].

Биологические объекты характеризуется сложной и многоуровневой организацией компонентов, что обуславливает исключительные требования к замещающим их материалам с точки зрения совместимости, состава, прочности, упругости, пористости, микроморфологии и прочих характеристик [4, 5, 7, 9]. Непрерывный контроль данных параметров для образцов приводит к необходимости большого количества лабораторных исследований, в том числе дорогостоящих и ресурсозатратных. Несовершенство современных

биоматериалов и методов их исследований обуславливает перспективы разработки новых компонентов, а также переход к альтернативным экспресс-методам в условиях большого количества экспериментов, контролируемых параметров и синтезируемых образцов.

Примерами таких экспресс-методов являются инструменты, базирующиеся на взаимосвязи свойств материалов с их составом, структурой и морфологическими особенностями [10]. Морфология, в свою очередь, является комплексной характеристикой, которая включает в себя форму, размер и пространственную организацию объектов [11]. Однако морфологический анализ зачастую является вторичным, весьма субъективным, не количественным, и весь его потенциал не изучен. В последние годы в различных областях науки развиваются методы количественного морфологического анализа, субъективность которого снижается за счет математической обработки данных (фрактальный анализ, статистические и прочие методы), что приводит к определению свойств объектов с высокой чувствительностью, а также анализу материалов без их разрушения и дорогостоящего оборудования в короткие сроки [10].

На данный момент известны подобные работы для изучения коррозии металлов и сплавов, структуры органических пленок, кристалличности полимеров, поверхностей горных пород и ряда других объектов исследований [12-16]. Однако информация об определении физико-химических свойств и структурных характеристик синтетических кальцийсодержащих соединений по данным морфологического анализа в современной литературе отсутствует. Исследования в данной области необходимы как с точки зрения фундаментальной перспективы по расширению области применения метода, так и с практической точки зрения для сокращения объемов лабораторных экспериментов в рамках разработки новых материалов и исследования биологических жидкостей в норме и патологии. Полученные новые знания также могут способствовать изучению патогенных кальцийсодержащих образований из организма человека и материалов имплантатов, являющихся основой для кальцийфосфатных покрытий на титановых подложках.

Цель работы заключалась в установлении взаимосвязей свойств и

структуры синтетических кальцийсодержащих соединений (брушит,

гидроксилапатит, оксалат кальция), в том числе модифицированных добавками, с

морфологическими параметрами их кристаллических структур.

Задачи исследования:

1. Определить закономерности фазообразования фосфатов кальция (брушит, гидроксилапатит) и оксалатов кальция в присутствии неорганических и органических добавок. Выявить влияние условий кристаллизации на состав, структуру и свойства твердых фаз.

2. Выполнить расчет морфологических параметров, характеризующих структуры допированных фосфатов и оксалатов кальция.

3. Определить корреляции параметров морфологии со свойствами синтетических соединений кальция и кинетическими параметрами их процесса кристаллизации.

4. Оценить возможность применения параметров морфологии для анализа реальных систем (биологические жидкости, сплавы медицинского назначения, кальцийфосфатные покрытия).

Научная новизна результатов диссертационной работы:

1. Определены закономерности фазообразования фосфатов и оксалатов кальция в присутствии неорганических и органических добавок при варьировании параметров синтеза (степень пересыщения, природа и концентрация добавки, кислотность среды, время кристаллизации).

2. Впервые показана возможность применения метода количественного морфологического анализа для изучения кальцийсодержащих соединений (брушит, гидроксилапатит, оксалат кальция), кальцийфосфатных покрытий и титановых сплавов медицинского назначения. Определены оптимальные условия и алгоритмы расчета для применения метода в зависимости от объекта исследования.

3. Установлены корреляции между параметрами морфологии кристаллических структур кальцийсодержащих соединений и их свойствами (элементный и

фазовый состав, структурные свойства, степень замещения катионов и анионов в присутствии добавок и примесей, размер и форма кристаллов).

4. Впервые показана возможность применения метода количественного морфологического анализа для установления кинетики кристаллизации кальцийсодержащих соединений по макроснимкам кристаллических структур, связей с формально-кинетическими закономерностями реакций и степенью превращения.

5. Выявлена взаимосвязь морфологических параметров поверхности титанового сплава ВТ1-0 с его поведением в различных биологических средах. Изучена возможность оценки состояния поверхности титанового сплава и сравнения эффективности способов модификации его поверхности.

Практическая значимость. В работе показана возможность применения метода морфологического анализа, основанного на математической обработке макроснимков объектов, для экспрессной оценки свойств кальцийсодержащих соединений и материалов на их основе (состав, размер и форма частиц, степень кристалличности, природа и концентрация примесей). Полученные результаты и разработанные подходы позволяют сократить количество ресурсозатратных лабораторных исследований и проводить анализ образцов брушита, гидроксилапатита и оксалатов кальция без их разрушения (в том числе дистанционно). Полученные зависимости морфологических параметров кристаллов брушита и гидроксилапатита от времени осаждения и концентраций добавок в виде трехмерных диаграмм (базы данных № 2019621070, № 2020620022) позволяют проводить экспресс-анализ образцов кальцийсодержащих соединений по макроскопическим снимкам на предмет наличия заданных примесей заданной концентрации [17, 18].

Положения, выносимые на защиту: 1. Физико-химические закономерности фазообразования фосфатов кальция (гидроксилапатит, брушит) и оксалатов кальция в присутствии органических и неорганических добавок при варьировании их концентрации.

2. Условия для применения метода количественного морфологического анализа при исследовании структур кальцийсодержащих соединений в высыхающей капле и параметры кристаллических структур фосфатов и оксалатов кальция, полученных методом осаждения из водного раствора при варьировании пересыщения, природы и концентрации добавок, кислотности среды и времени кристаллизации.

3. Закономерности физико-химических свойств, структуры и кинетических параметров реакции осаждения кальцийсодержащих соединений и явлений на поверхности титанового сплава ВТ1-0 по результатам морфологического анализа.

4. Закономерности процессов кристаллизации в высыхающей капле биологической жидкости и корреляция с морфологией образующихся структур.

Достоверность и надежность полученных результатов обеспечена применением отработанных эффективных методик расчетов и экспериментов, использованием современной аппаратуры и комплекса взаимодополняющих методов исследования, воспроизводимостью результатов экспериментов, а также согласованностью с имеющимися литературными данными в тех случаях, где сопоставление возможно.

Апробация работы. Результаты представлены на следующих всероссийских и международных научных конференциях: III Всероссийская молодежная научная конференция «Минералы: строение, свойства, методы исследования» (Екатеринбург, Миасс, 2011); Региональная научно-практическая конференция молодых ученых «Биотехнологии в сельском хозяйстве, промышленности и медицине» (Омск, 2017); 56-я Международная научная студенческая конференция «МНСК-2018. Химия» (Новосибирск, 2018); II Всероссийская научная конференция «Омские научные чтения - 2018» (Омск, 2018); IX - X Международные научные конференции «Химическая термодинамика и кинетика» (Тверь, 2019; Великий Новгород, 2020); XII Всероссийская школа-конференция молодых ученых «Теоретическая и

экспериментальная химия жидкофазных систем» (Крестовские чтения) (Иваново, 2019).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 14 работ, в том числе 5 статей в журналах из перечня рецензируемых научных журналов (ВАК, Scopus, Web of Science), 2 базы данных и 7 тезисов докладов.

Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ в рамках научных проектов (15-29-04839 офи_м).

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Кальцийсодержащие биоминералы и покрытия на их основе

Изучение и разработка биосовместимых материалов является актуальной междисциплинарной задачей [5, 8]. С одной стороны, это необходимо для влияния на процессы интеграции имплантатов в живой организм, с другой - для выявления факторов, способствующих генезису патогенных образований [6, 19]. Данные задачи решаются в рамках физической химии, способствующей глубокому изучению структуры и превращений биологических и аналогичных синтетических веществ, а также биоминералогии, изучающей объекты, созданные в живых организмах или при их участии [20]. В обзоре литературы представлена информация о кальцийсодержащих соединениях, имеющих сходство с минералами биологического происхождения, а также основы процессов кристаллизации и морфологического анализа применительно к данным объектам исследования.

1.1.1. Гидроксилапатит

ГА (Са1о(РО4)б(ОН)2) - ортофосфат кальция, являющийся основой минеральной компоненты костной ткани и зубной эмали человека [5]. Структурно ГА существует в форме кристаллов, в меньшей степени - в виде аморфного фосфата кальция (АФК) [21]. Соотношение этих форм является переменной величиной, связанной с равновесием между растворимыми и нерастворимыми фосфатами. Фаза ГА является устойчивой и наименее растворимой в нейтральной или основной среде. Переход из аморфной фазы в кристаллическую приводит к изменению соотношения Ca/P в диапазоне от 1,37 до 1,67 [21, 22]. В связи с отклонениями от стехиометрии, состав ГА более точно описывается формулой Ca10-x(HPO4)x(PO4>-x(OH)2-x. Переменный состав соединения также обусловлен замещением ионов Са2+ и Р043- в кристаллической решетке ГА на ионы, присутствующие при синтезе [9].

Кристаллическая структура ГА принадлежит к пространственной группе Р63/т гексагональной сингонии (рис. 1), параметры элементарной ячейки по данным разных авторов варьируются в интервалах: а = 9,350 - 9,480 А, с = 6,840 -6,891 А [5, 9, 23, 24].

120" 60'

Рис. 1. Упрощенный вид элементарной ячейки ГА [5].

В структуре имеется два типа неэквивалентных катионных позиций: Са1 -девятивершинники Са09 и Са11 - семивершинники СаО7, в которых атомы кислорода принадлежат тетраэдрам РО43- групп. Винтовые оси из Са11 образуют треугольники, формируя каналы вдоль оси с, ионы ОН- находятся в каналах вне плоскости Са2+ треугольника. Кристаллическая структура ГА определяет равновесную форму кристаллов в виде шестигранной призмы. Наличие молекул Н20 в нестехиометрическом ГА связано с присутствием протона в позиции Са11 [9, 23].

Кристаллическая решетка апатитов позволяет выполнять множество катионных и анионных замещений при синтезе в присутствии добавок [25, 26]. Это свойство широко используется для допирования материалов на основе ФК, поскольку растворимость незамещенного ГА слишком мала для использования в биомедицинских целях [27]. Например, карбонат-замещенный ГА (КГА) Саю-х(НР04)х-у(С03)у(Р04)б-х(0Н)2-х был отмечен одним из лучших материалов в имплантологии. Его структура наиболее близка к биологическому апатиту, который, в отличие от стехиометрического ГА, является более дефектным, что обеспечивает его повышенную биорезорбируемость [28, 29]. Другие варианты замещенных ГА описаны в разделе 1.2.5.

В биомедицинских целях, как правило, применяют нанокристаллическую форму ГА (60 х 20 х 5 нм), ввиду ее высокой активности и возможности включения в состав композиционных материалов [5, 7, 9].

1.1.2. Брушит

Брушит (СаНРО4'2Н2О, дикальция фосфат дигидрат, ДКФД) - биоминерал, обычно встречающийся в организме совместно с другими ФК в составе патогенных минеральных образований [30]. Брушитсодержащие камни быстро увеличиваются в размерах и имеют высокий уровень рецидивирования, поэтому их изучение является важной задачей [31].

ДКФД также является промежуточной стадией в процессе кальцификации новой костной ткани [32] и при растворении образует ионы, обеспечивающие контактный остеогенез и высокий уровень минерализации, поэтому также может применяться в качестве компонента для материала имплантатов [33]. Брушит кристаллизуется в форме нитевидных или пластинчатых кристаллов, физическое переплетение которых придает прочность осадку. Иногда ДКФД рассматривается в качестве прекурсора ГА, поскольку в щелочной среде способен к реакции [5]:

5СаНРО4+2Н2О ^ Саз(РО4>ОН + 2Н3РО4 + 9Н2О

Рис 2. Кристаллическая решетка брушита [34]. Брушит имеет моноклинную структуру с пространственной группой 1а (рис. 2), выстроенную из параллельно расположенных цепей СаРО4, параметры элементарной ячейки: а = 5,812 А; Ь = 15,180 А; с = 6,239А; в = 116,42° [5, 34].

Молекулы воды в кристаллической решетке связаны с ионами Са2+ и

размещаются между плоскостями, образованными рядами ионов Са2+ и НРО.

2-

Строением брушита обусловлена пластинчатая термодинамически равновесная форма кристаллов, однако также встречаются игольчатая и призматическая формы [5, 9]. СаНРО42Н2О относится к низкотемпературным ФК и может быть

получен осаждением из водных растворов, содержащих ионы Са2 и НР04, при комнатной температуре и рН 2^6 [9].

0.5 1.00 1.33 1.50 1.67 Са/Р

Рис 3. Растворимость ФК в воде в порядке уменьшения слева направо [35].

ДКФД проявляет активность при взаимодействии с физиологическими жидкостями, однако, ввиду самой высокой растворимости среди биосовместимых ФК (рис. 3), редко используется в качестве самостоятельного заменителя костной ткани [9, 35]. При этом в совокупности с другими компонентами имеет широкий спектр применения в ортопедии, стоматологии (в составе цементов и зубных паст), терапии рака и разработке биосенсоров [34].

1.1.3. Биоактивные кальцийфосфатные покрытия

Современная тенденция в области нанесения биоактивных покрытий на поверхность имплантатов заключаются в поиске оптимальных параметров основы

и покрытий, обеспечивающих в комплексе механическую и биологическую совместимость с костной тканью [36].

В качестве основы для нанесения покрытий наиболее часто используют титан и его сплавы [37-42]. Титан предпочтителен для изготовления ортопедических, дентальных и прочих имплантатов, поскольку обладает рядом преимуществ по сравнению с другими материалами: коррозионная стойкость, низкая теплопроводность, умеренная упругость, немагнитность, химическая совместимость, биотолерантность, отсутствие токсических явлений. Однако чистый титан наделен низким уровнем механических свойств [37, 39, 40], и это является основным недостатком и сдерживающим фактором для его применения. Данная проблема частично решена в современных исследованиях за счет перевода титана в ультрамелкозернистое и наноструктурное состояние, что одновременно способствует исключению отрицательного влияния таких легирующих добавок в сплавах, как Мо, А1, V [43, 44], однако приводит к ухудшению коррозионной стойкости материала [45]. Установлено [46], что увеличение скорости коррозии наноструктурного титана в сравнении с крупнокристаллическим связано с ростом его химической активности при увеличении деформации.

Относительно новым направлением является разработка низкомодульных сплавов титана с МЬ, 7г, Та, Ga и другими легирующими элементами, способствующими снижению модуля упругости, улучшению коррозионных, биосовместимых и прочих характеристик сплава [36, 37, 47].

С целью защиты от коррозии и повышения биологической совместимости на поверхность титановых сплавов и композитов наносятся защитные покрытия, которые при введении в организм не оказывают токсического воздействия и стимулируют процессы регенерации костной ткани [36, 37, 48]. Максимальную биоактивность и способность к остеоинтеграции имеют такие ФК, как ГА и его изоморфные разновидности, а также трикальцийфосфат [49, 50]. Важным аспектом в процессе формирования биоактивных покрытий является выбор метода нанесения ФК на поверхность [38, 39]. В работе [51] приведен обзор

существующих методов; отмечено, что наиболее перспективным и технологичным является метод микродугового оксидирования, который позволяет формировать покрытия с широким спектром заданных физико-химических характеристик. Сравнение современных методов нанесения покрытий представлено в табл. 1.

Таблица 1

Сравнение методов нанесения биоактивных покрытий [24, 51]

Наименование метода Толщина покрытия, мкм Особенности метода

Физические

Электроплазменное напыление 30-300 Доступный и недорогой метод для нанесения однородных покрытий на одну сторону основы. Высокая температура процесса может приводить к разложению веществ, образованию аморфных соединений и появлению трещин. Покрытия имеют низкую адгезионную прочность.

ВЧ-магнетронное распыление до 5 Формирование плотных однородных непористых покрытий с высокой степенью чистоты и высокими показателями адгезии. Дорогостоящий метод.

Ионная имплантация до 1 Нанесение однородных ультратонких покрытий на любой материал. Необходимо дорогостоящее оборудование и длительное время обработки.

Детонационно-газовое напыление 10-2000 Нанесение однородных покрытий без примесей с высокой адгезионной прочностью. Низкая производительность процесса, высокий уровень шума.

Импульсно-лазерное осаждение до 10 Формирование неоднородных кристаллических, аморфных, а также плотных и пористых покрытий, в том числе многослойных. Дорогостоящий метод.

Химические

Электрофоретический 100-2000 Нанесение однородных покрытий с высокой скоростью осаждения и возможностью включения биологических молекул. Низкая стоимость оборудования.

Золь-гель до 10 Формирование тонких покрытий на подложках любой формы с возможностью включения биологически активных молекул. Высокая стоимость сырья.

Биомиметрический до 30 Низкотемпературное нанесение при поддержании постоянных условий (состав растворов, рН). Возможность формирования апатитоподобных структур.

Гидротермальное осаждение до 2 Формирование кристаллических покрытий при высоких давлениях и температуре на изделиях любой формы.

Микродуговое оксидирование 3-250 Экономичный и экологичный метод для формирования пористых однородных покрытий на металлах вентильной группы любой формы и размеров.

1.1.4. Оксалаты кальция

Изучение биоминералов, составляющих основу патогенных образований, и процесса их генезиса является актуальной задачей в рамках решения современных проблем химии и медицины [6, 30, 52, 53].

Оксалаты кальция, представленные уэвеллитом СаС204'Н20 и уэдделлитом СаС204 2Н20 (наиболее стабильные формы), являются основными компонентами камней мочеполовой системы, а также входят в состав зубных, желчных камней, и других минеральных отложений [54, 55]. Оксалатсодержащие патогенные образования - сложные по составу объекты, содержащие минеральную компоненту и матрицу из органических соединений, присутствующих в биологической среде [20, 56, 57]. Устойчивость оксалатов кальция обусловлена низкой растворимостью (~0,05 ммоль/л) в нейтральных и щелочных средах [55].

Уедделлит формируется в виде дипирамидальных сферолитов с острыми краями, кристаллическая структура (рис. 4) принадлежит к пространственной группе 14/т тетрагональной сингонии; координационный полиэдр кальция представляет собой искаженную квадратную антипризму, шесть атомов кислорода принадлежат четырем щавелевым группам и двум молекулам воды.

Ь

ч

Са О

-► а

Рис 4. Кристаллическая структура уэдделлита [55].

В ряде исследований [55, 58] отмечено, что уедделлит является менее термодинамически стабильным по сравнению с уэвеллитом за счет различной координации С2042+ групп и молекул воды, поэтому превращается в последний в организме человека в результате дегидратации. Уэвеллит формируется в кристаллической структуре группы Р21/с моноклинной сингонии с зигзагообразной цепной структурой, состоящей из ионов кальция и оксалата [55]. Кристаллы СаС204'Н20 представляют собой дипирамидальные частицы размером до 20-100 мкм в виде налегающих тонких пластинок.

Вопрос детального механизма образования патогенных минералов остается открытым. В соответствии с современными представлениями [59], упрощенно он может быть представлен в виде схемы: насыщение ^ пересыщение ^ зарождение ^ рост кристаллов или агрегация ^ образование камня. При этом фаза нуклеации имеет решающее влияние на параметры образующихся кристаллов (количество, размер, фазовый состав) [60].

В современных исследованиях, посвященных изучению оксалатов кальция, внимание сосредоточено на факторах, обуславливающих кинетику и разнообразие структур формируемых агрегатов [20, 30, 56]:

■ Условия синтеза, в том числе: рН, температура, концентрация осадкообразующих ионов в растворе и др.;

■ Влияние органических и неорганических добавок, способствующих скорости и результату фазообразования (инициаторы и ингибиторы процесса).

Например, в ряде исследований [61, 62] рассмотрено ингибирующее действие белков (альбумины, глобулины, гликопротеиды) на генезис оксалатсодержащих патогенных образований. Обширной областью исследований является влияние аминокислот на скорость кристаллизации и фазовый состав оксалатов кальция. В работе [63] показано разнонаправленное действие аминокислот на процесс нуклеации, в зависимости от их строения, природы и концентрации. Влияние аминокислот обусловлено их адсорбцией на активных центрах поверхности образующихся кристаллов.

1.2. Физико-химические основы процесса кристаллизации из растворов

Кристаллизация представляет собой процесс образования твердой фазы в виде кристаллов из растворов, расплавов, газов или паров [64]. Спонтанная (самопроизвольная) кристаллизация из растворов лежит в основе многих природных процессов, а также широко распространена в промышленности, лабораторных исследованиях и прочих смежных областях [65, 66].

Процесс кристаллизации происходит в том случае, если жидкий раствор находится в состоянии пересыщения или переохлаждения. Когда концентрация вещества в растворе превышает его растворимость, система становится термодинамически неустойчивой, и избыток вещества выделяется в виде кристаллов. Переохлажденные растворы также могут являться пересыщенными в результате понижения температуры относительно значения, при котором раствор был насыщенным [67]. Степень (коэффициент) пересыщения является движущей силой процесса кристаллизации [68]:

о С

5 = С~' (1Л)

^ 0

где С - концентрация малорастворимого соединения в растворе, Со - равновесная растворимость.

На свойства образующихся кристаллов и кинетику процесса также влияют: температура, наличие примесей, интенсивность перемешивания, физико-химические свойства раствора и другие факторы [66, 68]. Современные подходы к исследованию и моделированию процессов кристаллизации позволяют проанализировать влияние данных факторов, рассматривая явления, возникающие на различных уровнях организации: от атомов и молекул до макроскопических процессов, протекающих в промышленных аппаратах.

Рассматривая совокупность физико-химических эффектов и явлений, происходящих при взаимодействии кристаллов с раствором, как систему, выделяют пять иерархических уровней, связанных между собой (рис. 5) [69]. При этом каждый уровень характеризуется соответствующей формой математического

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Киселев Владимир Михайлович, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Thomas S., Balakrishnan P., Sreekala M.S. Fundamental Biomaterials: Ceramics. Elsevier, 2018. 498 p.

2. Шумилова А.А., Шишацкая Е.И. Материалы для восстановления костной ткани // Журнал СФУ. Биология. 2014. Т. 7. № 2. С. 209-221.

3. Orthoworld Inc. Orthopaedic Industry Annual Report. 2020. 191 p.

4. Гузеева Т.И., Гузеев В.В., Леонова Л.А. и др. Получение порошка гидроксиапатита в ходе жидкофазного синтеза // Известия ТПУ. 2009. Т. 315. № 3. С. 47-50.

5. Баринов С.М., Комлев В.С. Биокерамика на основе фосфатов кальция. М.: Наука, 2005. 204 с.

6. Голованова О.А., Герк С.А. и др. Корреляционные зависимости между фазовым, элементным и аминокислотным составом физиогенных, патогенных ОМА и их синтетических аналогов // Системы. Методы. Технологии. 2012. № 4(16). С. 131-139.

7. Панкратов А.С., Фадеева И.С., Минайчев В.В. и др. Проблемы биоинтеграции микро- и нанокристаллического гидроксиапатита и подходы к их решению // Гены и клетки. 2018. Т. 13. № 3. С. 46-51.

8. Кирилова И.А., Садовой М.А., Подорожная В.Т. Сравнительная характеристика материалов для костной пластики: состав и свойства // Хирургия позвоночника. 2012. № 3. С. 72-83.

9. Вересов А.Г., Путляев В.И., Третьяков Ю.Д. Химия неорганических биоматериалов на основе фосфата кальция // Российский химический журнал, 2004. Т.48. №4. С. 52-64.

10. Мясникова Н.А., Сидашов А.В. Методы и средства исследования структуры и свойств наноматериалов и покрытий с наноструктурой. Ростов н/Д: ФГБОУ ВО РГУПС, 2017. 157 с.

11. Бондарев А.В., Жилякова Е.Т., Демина Н.Б., Новиков В.Ю. Исследование морфологии сорбционных веществ // Разработка и регистрация лекарственных средств. 2019. Т. 8. № 2. С. 33-37.

12. Хлюпин А.Н., Динариев О.Ю. Фрактальный анализ микроструктуры пористых материалов // Журнал технической физики. 2015. Т. 85. № 6. С. 17-22.

13. Штофель О.А., Рабкина М.Д. Использование мультифрактального анализа для оценки свойств конструкционных сталей // Universum: технические науки. 2016. № 10 (31). С. 24-27.

14. Низин Д.Р., Низина Т.А., Канаева Н.С. и др. Применение методов фрактального анализа при исследовании механизмов деформирования и разрушения образцов эпоксидных полимеров под действием растягивающих напряжений // Огарёв-Online. 2020. № 3 (140).

15. Киселев В.М., Голованова О.А., Федосеев В.Б., Грязнова Т.С. Использование методов фрактального анализа при изучении коррозионной стойкости сплава титана ВТ1-0 // Вестник Омского университета. 2016. № 2. С. 44-49.

16. Федосеева Е.Н., Федосеев В.Б. Взаимодействие хитозана и бензойной кислоты в растворе и пленках // ВМС. Серия А. 2011. Т.53. №11. С. 1900-1907.

17. Голованова О.А., Киселев В.М. Фрактальная размерность кристаллических структур гидроксилапатита, полученного осаждением из водного раствора в присутствии добавок // База данных № 2020620022, опубл. 10.01.2020 г.

18. Голованова О.А., Киселев В.М. Фрактальная размерность кристаллических структур брушита, полученного осаждением из водного раствора в присутствии добавок // База данных № 2019621070, опубл. 20.06.2019 г.

19. Поройский С.В., Михальченко Д.В., Ярыгина Е.Н. и др. К вопросу об остеоинтеграции дентальных имплантатов и способах ее стимуляции // Вестник ВолгГМУ. 2015. № 3(55). С. 6-9.

20. Кораго А.А. Введение в биоминералогию. СПб.: Недра, 1992. 280 с.

21. Марченко Е.И., Чухрай И.Г., Байтус Н.А. Остеоинтегрирующие материалы в терапевтической стоматологии // Вестник ВГМУ. 2012. Т. 11. № 1. С. 146-151.

22. Лемешева С.А., Голованова О.А., Туренков С.В. Исследование особенностей состава костных тканей человека // Химия в интересах устойчивого развития. 2009. Т. 17. № 3. С. 327-332.

23. Elliott J. Structure and chemistry of the apatites and other calcium orthophosphates. Amsterdam: Elsevier, 1994.

24. Dorozhkin S.V. Calcium orthophosphates (CaPO4): occurrence and properties. Review paper // Progres. Biomat. 2016. V. 5. P. 9-70.

25. Бетехтин А.Г. Курс минералогии: учеб. пособие. М.: КДУ, 2007. 721 с.

26. Данильченко С.Н. Структура и свойства апатитов кальция с точки зрения биоминералогии и биоматериаловедения // Вестник СумДУ. Серия Физика, математика, механика. 2007. № 2. С. 33-59.

27. Fulmer M.T., Ison I.C., Hankermayer C.R. et al. Measurements of the solubilities and dissolution rates of several hydroxyapatites // Biomat. 2002. V. 23. P. 751-755.

28. Golovanova O.A., Izmailov R.R., Ghyngazov S.A. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Tomsk, 31 August - 10 September 2015. 6 p.

29. Hayat M.A. Stem Cells and Cancer Stem Cells, Volume 6. Springer Science, 2012. 448 p.

30. Голованова О.А. Патогенные минералы в организме человека. Омск: Изд-во ОмГУ, 2006. 400 с.

31. Вощула, В.И. Мочекаменная болезнь: этиотропное и патогенетическое лечение, профилактика. Монография. Мн.: ВЭВЭР, 2006. 268 с.

32. Dorozhkin S.V., Epple M. Die biologische und medizinische bedeutung von calciumphosphaten // Angewandte Chemie. 2002. V. 114. № 17. P. 3260-3277.

33. Becker P., Neumann H., Nebe B. et al. Cellular investigations on electrochemically deposited calcium phosphate composites // J. Mater. Sci Mater. Med. 2004. V. 15(4). P. 437-440.

34. Kuznetsov V.N., Yanovska A.A., Stanislavov A.S. et al. Controllability of brushite structural parameters using an applied magnetic field // Mat. Sci and Eng.: C. 2016. V. 60. P. 547-553.

35. León B., Jansen J.A. Thin calcium phosphate coatings for medical implants. New York, USA: Springer. 2009. 326 p.

36. Соснин К.В., Романов Д.А., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф. Покрытия титан-цирконий, сформированные электровзрывным методом на поверхности титановых имплантатов // Вектор науки ТГУ. 2019. № 3(49). С. 54-60.

37. Шаркеев Ю.П., Псахье С.Г., Легостаева Е.В. и др. Биокомпозиты на основе кальцийфосфатных покрытий, наноструктурных и ультрамелкозернистых биоинертных металлов, их биосовместимость и биодеградация / отв. ред. Н.З.Ляхов. - Томск: Издательский дом Томского гос. ун-та, 2014. 595 с.

38. Lacefield W. An introduction in bioceramics. New York, 1996. 375 p.

39. Карлов А.В., Шахов В.П. Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики. Томск: STT, 2001. 478 с.

40. Эппле М. Биоминералы и биоминерализация / Перевод с немецкого под. ред. Пичугина В.Ф., Шаркеева Ю.П. и др. - Томск: изд-во «Ветер», 2007. 137 с.

41. Колачев А., Полькин И.С. Титановые сплавы разных стран: Справочник. М.: ВИЛС, 2000. 316 с.

42. Тарасов А.В. Металлургия титана. М.: ИКЦ «Акакдемкнига», 2003. 328 с.

43. Niinomi M., Nakai M., Hieda J. Development of new metallic alloys for biomedical application // Acta Biomat. 2012. V.8. № 11. P. 3888-3903.

44. Ikarashi Y., Tsuchiya T., Nakamura A. Tissue reactions and sensitization of chromium, titanium and zirconium alloys // Proc. Fifth World biomaterials Congress. - Toronto (Canada). 1996. P. 10.

45. Маклецов В.Г. Особенности коррозионно-электрохимического поведения нанокристаллических материалов на основе железа в кислых средах // Вестник Удмуртского университета. 2009. Сер. 1. Вып. 1. С. 63-73.

46. Малёткина Т.Ю., Налесник О.И., Итин В.И., Колобов Ю.Р. Электрохимическое поведение наноструктурного и крупнокристаллического титана // Защита металлов. 2003. Т 39. №5. С. 508-510.

47. Gepreel M.A.H., Niinomi M. Biocompatibility of Ti-alloys for long-term implantation // J. Mech. Beh. Biomed. Mat. 2013. V. 20. P. 407-415.

48. Колобов Ю.Р., Шаркеев Ю.П., Карлов А.В. и др. Биокомпозиционный материал с высокой совместимостью для травматологии и ортопедии // Деформация и разрушение. 2005. № 4. С. 2-9.

49. Supova M. Substituted hydroxiapatites for biomedical applications: A review // Ceram. Int. 2015. V. 41. P. 9203-9231.

50. Thian E.S., Konishi T., Kawanobe Y. et al. Zinc-substituted hydroxyapatite: a biomaterial with enhanced bioactivity and antibacterial properties // J. Mat. Sci. Mat. Med. 2013. V. 24. P. 437-445.

51. Комарова Е.Г. Закономерности формирования структуры и свойств микродуговых покрытий на основе замещенных гидроксиапатитов на сплавах титана и ниобия. Дис. ... канд. техн. наук. Томск, 2017. 190 с.

52. Golovanova O.A. Ghyngazov S.A. Thermodynamic and experimental modeling of the formation of the mineral phase of calcification // J. Mol. Liq. 2019. V. 291. P. 111260.

53. Gualtieri A.F. Towards a quantitative model to predict the toxicity/pathogenicity potential of mineral fibers // Toxicology and Applied Pharmacology. 2018. V. 361. P. 89-98.

54. Голованова О.А., Кузьменко А.А., Блинов В.И., Пунин Ю.О. Изучение кристаллизации оксалатов кальция при варьировании состава раствора // Вестник ОмГУ. 2012. № 4(66). С. 102-108.

55. Conti C., Brambilla L., Colombo C. et al. Stability and transformation mechanism of weddellite nanocrystals studied by X-ray diffraction and infrared spectroscopy // Phys. Chem. Chem. Phys. 2010. V. 12. P. 14560-14566.

56. Голованова О.А. Биоминералогия мочевых, желчных и слюнных камней из организма человека. Дис. ... докт. г.-м. наук. Санкт-Петербург, 2008. 240 с.

57. Полиенко А.К. Минеральный состав, морфология и структура уролитов (на примере жителей Томской области). Дис. ... докт. г.-м. наук. Томск, 2014. 302 с.

58. Bazin D., Leroy C., Tielens F. et al. Hyperoxaluria is related to whewellite and hypercalciuria toweddellite: What happens when crystalline conversionoccurs? // Comptes Rendus Chimie. 2016. V. 19. P. 1492-1503.

59. Vaitheeswari S., Sriram R., Brindha P. Studying inhibition of calcium oxalate stone formation: an in vitro approach for screening hydrogen sulfide and its metabolites // Int. Brazilian Journal of Urology. 2015. V. 41. № 3. P. 503-510.

60. Abdel-Aal E.A., Yassin A.M.K. Inhibition of nucleation and crystallisation of kidney stone (calcium oxalate monohydrate) using Ammi Visnaga (khella) plant extract // Int. J. Nano and Biomaterials. 2016. V. 6. № 2. P. 110-126.

61. Okumura N., Tsujihata M., Momohara C. Diversity in protein profiles of individual calcium oxalate kidney stones // PLOS One. 2013. V. 8. № 7.

62. Finkielstein V.A., Goldfarb D.S. Strategies for preventing calcium oxalate stones // Canadian Medical Association Journal. 2006. V. 174. № 10. P. 1407-1409.

63. Корольков В.В. Физико-химические закономерности образования дисперсий в системе CaCk - (NH4)2C2O4 - H2O: Автореф. дис. ... канд. хим. наук. Омск, 2018. 133 с.

64. Захарова А.А. Процессы и аппараты химической технологии: учеб. пособие для вузов. М.: Академия, 2006. 528 с.

65. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Учебник для вузов. Часть 1. М.: Химия, 1995. 400 с.

66. Линников О.Д. Механизм формирования осадка при спонтанной кристаллизации солей из пересыщенных водных растворов // Успехи химии. 2014. Т. 83. № 4. С. 343-364.

67. Фролов В.Ф. Лекции по курсу "Процессы и аппараты химической технологии": учеб. пособие. СПб.: Химиздат, 2003. 608 с.

68. Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности. М.: Химия, 1968. 304 с.

69. Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Кольцова Э.М. Системный анализ процессов химической технологии: массовая кристаллизация М.: «Юрайт», 2018. 368 с.

70. Асхабов А.М. Новые идеи в теории образования кристаллических зародышей (обзор) // Известия Коми научного центра УрО РАН. 2019. № 2(38). С. 51-60.

71. Ларичев Т.А., Сотникова Л.В., Сечкарев Б.А. и др. Массовая кристаллизация в неорганических системах: учеб. пособие. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2006. 176 с.

72. Nanev C.N. Evaluation of the critical nucleus size without using interface free energy // J. Cryst. Growth. 2020. V. 535. 125521.

73. Федотов А.К. Физическое материаловедение. Часть 2. Фазовые превращения в металлах и сплавах. Минск: Выш. шк., 2012. 446 с.

74. Григорьев А.Я. Физика и микрогеометрия технических поверхностей. Минск: Белорус. наука, 2016. 247 с.

75. Никифорова Э.М., Еромасов Р.Г., Шиманский А.Ф. Физикохимия керамических, композиционных и наноматериалов: учеб. пособие. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2016. 157 с.

76. Van Driessche A., Kellermeier M., Benning L.G. et al. New Perspectives on Mineral Nucleation and Growth. From Solution Precursors to Solid materials. Springer, 2017. 380 p.

77. Gebauer D., Golfen H. Prenucleation clusters and non-classical nucleation // Nano Today. 2011. № 6. P. 564-584.

78. Askhabov A.M. New cluster concept of crystal formation // Crystallography Reports. 2018. V. 63. № 7. P. 1195-1199.

79. Козлова О.Г. Рост и морфология кристаллов. М.: Изд-во МГУ, 1980. 357 с.

80. Бажал И.Г., Куриленко О.Д. Переконденсация в дисперсных системах. Киев: Наук. думка, 1975. 216 с.

81. Горшков В.С., Савельев В.Г., Федоров Н.Ф. Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений. М.: Высш. шк., 1988. 399 с.

82. Гудилин Е.А., Елисеев А.А. Процессы кристаллизации в химическом материаловедении. М.: МГУ, 2006. 90 с.

83. Niederbergera M., Cölfen H. Oriented attachment and mesocrystals: Non-classical crystallization mechanisms based on nanoparticleassembly // Phys. Chem. Chem. Phys. 2006. V. 8. P. 3271-3287.

84. Hwang N.M. Non-Classical Crystallization of Thin Films and Nanostructures in CVD and PVD Processes. Springer, 2016. 332 p.

85. Романков П.Г., Фролов В.Ф. Флисюк О.М. Массообменные процессы химической технологии: учеб. пособие. СПб: ХИМИЗДАТ, 2020. 440 c.

86. Полак А.Ф. Твердение мономинеральных вяжущих веществ. М.: Изд. Литературы по строительству, 1966. 208 с.

87. Ященко А.Г., Федоров Д.Ю., Сорокина Н.С. Влияние скорости охлаждения на процесс массовой кристаллизации сульфаминовой кислоты // Интеллект. потенциал XXI века: Ступени познания. 2014. № 21. С. 167-172.

88. Другова Е.Д. Пушкин А.С., Образцов Н.В., Борунов А.А. Физико-химические процессы и механизмы дегидратационной самоорганизации биологических жидкостей (обзор) // Хим. и техн. орг. вещ. 2018. № 1(5). С. 64-74.

89. Яхно Т.А., Яхно В.Г., Соколов А.В. Процессы формообразования в высыхающих каплях сыворотки крови в норме и патологии // Биофизика. 2005. Т. 50. № 4. С. 726-734.

90. Горшков В.С., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. М.: Высшая школа. 1981. 333 с.

91. Феофилова М.А., Томарева Е.И., Евдокимова Д.В. Возможности кристаллографических методов в исследовании патологии человека (обзор литературы) // Вестник новых мед. технологий. 2017. Т. 24. № 4. С. 198-208.

92. Максимов С.А. Морфология твердой фазы биологических жидкостей как метод диагностики в медицине // Бюллетень сиб. мед. 2007. № 4. С. 80-85.

93. Мартусевич А.К., Шубина О.И., Краснова С.И. Комплексная оценка кристаллогенных свойств слюны человека // Мед. альманах. 2018. № 2 (53). С. 54-56.

94. Доменюк Д.А., Ведешина Э.Г., Дмитриенко С.В., Калашникова С.А. Качественная и количественная оценка кристаллографии ротовой жидкости в

норме и при зубочелюстной патологии // Кубанский научн. мед. вестник. 2016. № 5. С. 38-47.

95. Шихлярова А.И., Шейко Е.А. и др. Особенности кристаллизации слюны у больных с местно-распространенным раком слизистой полости рта как критерий эффективности противоопухолевой терапии, модифицированной ультразвуком // Int. J. Appl. Fund. Research. 2016. № 5. С. 584-588.

96. Данилова М.А., Кирко Г.Е., Залазаева Е.А. Особенности микрокристаллизации слюны и течения кариеса у детей со спастическими формами детского церебрального паралича // Стоматология детского возраста и профилактика. 2012. № 3. С. 52-56.

97. Chen Y., Yao Z., Tang S. et al. Morphology selection kinetics of crystallization in a sphere // Nat. Phys. 2021. № 17. P. 121-127.

98. Шабалин В.Н., Шатохина С.Н. Морфология биологических жидкостей человека. М.: Хризостом, 2001. 304 с.

99. Шатохина С.Н., Шабалин В.Н. Морфология биологических жидкостей - новое направление в клинической медицине // Альманах клинической медицины. 2003. Т. VI. С. 404-420.

100. Солоненко А.П., Голованова О.А., Ишутина В.С. Определение возможности и условий осаждения брушита из водных растворов при варьировании параметров кристаллизационной среды // Бутлеровские чтения. 2010. Т. 21. № 8. С. 17-27.

101. Солоненко А.П., Голованова О.А. Термодинамическое моделирование процессов образования ортофосфатов кальция // Бутлеровские чтения. 2011. Т. 24. № 2. С. 106-112.

102. Солоненко А.П., Голованова О.А., Фильченко М.В. и др. Физико-химическое исследование систем состава «гидроксилапатит - брушит», полученных совместным осаждением // Вестник Омского ун-та. 2012. № 2. С. 135-142.

103. Солоненко А.П., Голованова О.А. Синтез и физико-химическое исследование смесей состава гидроксилапатит - брушит // Ж. неорган. химии.

2014. Т. 59. № 1. С. 12-20.

104. Dorozhkin S.V. Bioceramics of calcium orthophosphates // Biomaterials. 2010. V. 31. Р. 1465-1485.

105. Фадеева И.В. Гидролиз дикальцийфосфата дигидрата в растворе ацетата натрия // ДАН. 2012. Т. 447. № 5. С. 531-533.

106. Чайкина М.А. Механохимия природных и синтетических апатитов. Монография // Новосибирск: Изд. СО РАН филиал «ГЕО», 2002. 218 с.

107. Bohner M. Calcium orthophosphates in medicine: from ceramics to calcium phosphate cements // Injury. 2000. V. 31. № 4. P. 37-47.

108. Kuang X., Chiou J., Lo K., Wen C. Magnesium in joint health and osteoarthritis // Nutrition Research. 2021. V. 90. P. 24-35.

109. Голованова О.А., Шляпов Р.М., Амерханова Ш.К. и др. Особенности образования минеральной фазы в системе Сa(NOз)2-Mg(NOз)2-Na2HPO4-H2O в присутствии катионов магния // Вестн. Карагандинского ун-та. Сер.: Химия.

2015. № 1(77). С. 37-46.

110. Фадеева И.В., Шворнева Л.И., Баринов С.М., Орловский В.П. Синтез и структура магнийсодержащих гидроксилапатитов // Неорганические материалы. 2003. Т. 39. № 9. С. 1102-1105.

111. Landi E. Biomimetic Mg-substituted hydroxyapatite: from synthesis to in vivo behavior // J. Mater Sci: Mater Med. 2008. V. 19. P. 239-247.

112. Yoshida K., Hyuga H., Kondo N., Kita H. Substitution Model of Monovalent (Li, Na, and K), Divalent (Mg), and Trivalent (Al) Metal Ions for в-Tricalcium Phosphate // J. Am. Ceram. Soc. 2006. V. 89. P. 688-690.

113. Gross K.A., Komarovska L., Viksna A. Efficient zinc incorporation in hydroxyapatite through crystallization of an amorphous phase could extend the properties of zinc apatites // J. of the Austr. Ceram. Soc. 2013. V. 49(2). P. 129-135.

114. Фадеева И.В., Бакунова Н.В., Комлев В.С. и др. Цинк- и серебросодержащие гидроксиапатиты: синтез и свойства // ДАН. 2012. Т. 442, № 6. С. 780-783.

115. Казин П.Е., Зыкин М.А., Ромашов А.А. и др. Синтез и свойства окрашенных медьсодержащих фосфатов щелочноземельных металлов со структурой апатита // Журн. неорг. химии. 2010. Т. 55. № 2. С. 179-183.

116. Paluszkiewicz С. Synthesis, structural properties and thermal stability of Mndoped hydroxyapatite // J. of Molec. Structure. 2010. V. 976. P. 301-309.

117. Измайлов Р.Р., Голованова О.А. Кристаллизация карбонатгидроксилапатита в присутствии ранелата стронция // Кристаллография. 2015. Т. 60. № 6. С. 997-1002.

118. Bai Y., Bai Y., Gao J. et al. Preparation and characterization of reduced graphene oxide/fluorhydroxyapatite composites for medical implants // Journal of Alloys and Compounds. 2016. V. 688. P. 657-667.

119. Голованова О.А., Романенко З.В. Синтез фторгидроксилапатита из прототипа ротовой жидкости // Вестник Омского ун-та. 2016. № 4. С. 70-74.

120. Ozsvath D.L. Fluoride and environmental health: a review // Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. 2009. V. 8. № 1. P. 59-79.

121. Бердинская М.В., Голованова О.А., Леонтьева Н.Н., Дроздов В.А. Синтез кремнийзамещенного гидроксилапатита из модельного раствора внеклеточной жидкости // Физика и химия стекла. 2015. Т. 41. № 2. С. 281-288.

122. Голованова О.А., Зайц А.В. Биометрическое нанесение кремний-замещенных гидроксиапатитовых покрытий на титановую подложку // Неорганические материалы. 2018. Т. 54. № 11. С. 1189-1196.

123. Pietak A.M., Reid J.W., Stott M.J., Sayer M. Silicon substitution in the calcium phosphate bioceramics // Biomaterials. 2007. V. 28. P. 4023-4032.

124. Островский О.В., Храмов В.А., Попова Т.А. Биохимия полости рта: Учеб. пособие. Волгоград: Изд-во ВолГМУ, 2010. 184 с.

125. Александрова Е.В., Крисанова Н.В., Левич С.В. Аминокислоты, пептиды, простые и сложные белки: особенности их химического состава, структуры, физико-химических свойств и функции. Запорожье: ЗГМУ, 2017. 97 с.

126. Matsumoto T., Okazaki M., Inoue M. et al. Crystallinity and solubility characteristics of hydroxyapatite adsorbed amino acid // Biomaterials. 2002. № 23. Р. 2241-2247.

127. Eiden-Abmann S., Viertelhaus M., Heib A. et al. The influence of amino acids on the biomineralization in jelatin // J. of inorg. biochemistry. 2002. № 91. Р. 481-486.

128. Ohta K., Monma H., Tanaka J., Eda H. Interaction between hydroxyapatite and proteins by liquid chromatography using simulated body fluid as eluents // Journal of materials science: materials in medicine. 2002. № 13. Р. 633-637.

129. Мотавкин П.А. Курс лекций по гистологии. Владивосток: Медицина ДВ, 2007. 359 с.

130. Герк С.А., Голованова О.А., Зырянова И.М., Одажиу В.Н. Биомиметические композиты на основе карбонатапатита, альбумина и желатина биомедицинского назначения // Бутлеровские сообщения. 2017. Т. 50. № 6. С. 66-76.

131. Butlerow A. Einiges über die chemische Structur der Körper // Zeitschrift für Chemie und Pharmacie: magazin. 1861. V. 4. P. 549-560.

132. Корницкий А.И. Генетические и технологические аспекты исследования оловянных руд с использованием фрактального анализа. Дис. ... канд. г.-м. наук. СПб, 1999. 173 с.

133. Савина И.Г. Фрактальный анализ рудных образований депутатского оловорудного месторождения. Дис. ... канд. г.-м. наук. СПб, 1997. 213 с.

134. Чалых Е.А., Герасимова В.К., Горшкова О.В., Стоянов О.В. Методы определения фрактальной размерности полимерных дисперсных систем // Вестник техн. ун-та. 2016. Т. 19. № 18. С. 18-24.

135. Горшкова О.В. Количественное описание структуры гетерогенных полимерных систем с применением фрактального анализа. Дис. ... канд. техн. наук. М., 2010. 151 с.

136. Дресвянников А.Ф., Колпаков М.Е. Фракталы и их прикладной аспект: метод. указания. Казань: Казан. гос. технол. ун-т, 2006. 28 с.

137. Torchet H. A History of Fractal Geometry. Электронный ресурс. URL: https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/HistTopics/fractals/

138. Mandelbrot B. How Long Is the Coast of Britain? Statistical Self-Similarity and Fractional Dimension // Science. 1967. V. 156. № 3775. P. 636-638.

139. Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы / Перевод с английского -М.: Институт компьютерных исследований, 2002. - 656 с.

140. Балханов В.К., Основы фрактальной геометрии и фрактального исчисления. Улан-Удэ: изд-во БГУ, 2013. 224 с.

141. Латыпова Н.В. Фрактальный анализ: учеб. пособие. Ижевск: Издательский центр "Удмуртский университет", 2020. 120 с.

142. Panigrahy C., Seal A., Mahato N.K. et al. Differential box counting methods for estimating fractal dimension of gray-scale images: A survey // Chaos, Solitons & Fractals. 2019. V. 126. P. 178-202.

143. Чересов Ю.И. К вопросу использования фрактального анализа при обработке радиолокационной информации. Определения фрактала и фрактальной размерности // Научн. вестник МГТУ ГА. 2009. № 149. С.91-98.

144. Chaudhuri B.B., Sarkar N. Texture segmentation using fractal dimension // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 1995. V. 17. P. 72-77.

145. Gangepain J., Roques-Carmes G. Fractal approach to two dimensional and three dimensional surface roughness // Wear. 1986. V. 109. P. 119-126.

146. Clarke K.C. Computation of the Fractal Dimension of topographic surfaces using the triangular prism surface area method // Computers and Geosciences. 1986. № 12(5). P. 713-722.

147. Pentland A. P. Shading into texture // Artificial Intell. 1986. V. 29. P. 147-170.

148. Шелухин О.И., Магомедова Д.И. Анализ методов измерения фрактальной размерности цветных и черно-белых изображений // Наукоемкие технологие в космических исследованиях Земли. 2017. Т. 9. № 6. С. 6-16.

149. Исрафилов Х.С. Исследование методов бинаризации изображений // Вестник науки и образования. 2017. Т. 2. № 6(30). С. 43-50.

150. Киселев В.М., Голованова О.А., Полынцева М.А., Федосеев В.Б. Изучение процесса кристаллизации гидроксилапатита с применением метода фрактального анализа // Бутлеровские сообщения. 2017. Т. 49. № 3. С. 36-43.

151. Оборин В.А., Банников М.В., Баяндин Ю.В. и др. Фрактальный анализ поверхности разрушения сплава АМг6 при усталостном и динамическом нагружении // Вестник ПНИПУ. Механика. 2015. № 2. С. 116-126.

152. Еникеев М.Р. Губайдуллин И.М. Визуальный метод анализа коррозионных реакций на поверхности алюминия и стали // Башкирский химический журнал. 2020. Т. 27. № 1. С. 48-55.

153. Иванов Д.В. Антонов А.С., Сдобняков Н.Ю. Фрактальные свойства наноразмерных пленок никеля и хрома // Физ.-хим. аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2019. № 11. С. 138-152.

154. Попова И.А., Саврасова Н.А., Домашевская Э.П. Влияние состава аморфных пленок системы Re-Ta на их фрактальную структуру // Перспективные материалы. 2000. № 5. С. 61-65.

155. Голованова О.А., Чиканова Е.С., Федосеев В.Б. О взаимосвязи фрактальной размерности структур высыхающей капли с состоянием кристаллизующегося раствора (термодинамическое и экспериментальное моделирование) // Кристаллография. 2018. Т. 63. № 3. С. 471-478.

156. Федосеев В.Б. Использование фрактальной геометрии при термодинамическом описании трёхмерных элементов кристаллической структур // Письма о материалах. 2012. Т. 2. С. 78-83.

157. Голощапов Д.Л., Кашкаров В.М., Румянцева Н.А. и др. Получение нанокристаллического гидроксиапатита методом химического осаждения с использованием биогенного источника кальция // Конденс. среды и межфазные границы. 2011. Т. 13. № 4. С. 427-441.

158. Kramer E., Podurgiel J., Wei M. Control of hydroxyapatite nanoparticle morphology using wet synthesis techniques: Reactant addition rate effects // J. Mater. Lett. 2014. V. 131. P. 145-147.

159. Abidi S.A., Murtaza Q. Synthesis and characterization of nano-hydroxyapatite powder using wet chemical precipitation reaction // J. Mater. Sci. Technol. 2013. V. 30. P. 307-310.

160. Kiselev V.M., Golovanova O.A., Fedoseev V.B. The fractal analysis method for the study of hydroxylapatite crystallization process // Applied Solid State Chemistry. 2018. № 3. P. 46-51.

161. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М: Химия, 1989. 448 с.

162. Северин Е.С. Биохимия: учебник. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015. 768 с.

163. Thongboonkerd V., Mungdee S., Chiangjong W. Should urine pH be adjusted prior to gel-based proteome analysis? // J. Proteome Res. 2009. V. 8(6). P. 3206-3211.

164. Golovanova O.A., Zaits A.V. Biomimetic Coating of a Titanium Substrate with Silicon-Substituted Hydroxyapatite // Inorg. Mat. 2018. V. 54. № 11. P. 1124-1130.

165. Смирнов В.В., Хайрутдинова Д.Р., Антонова О.С. и др. Влияние замещений фосфат-групп на сульфат-группы на фазообразование при синтезе гидроксиапатита // ДАН. 2017. Т. 476. № 3. С. 293-296.

166. Lian H., Zhang L., Meng Z. Biomimetic hydroxyapatite/gelatin composites for bone tissue regeneration: Fabrication, characterization, and osteogenic differentiation in vitro // Materials & Design. 2018. V. 156. P. 381-388.

167. Zhou Y., Zhao Y., Wang L. et al. Radiation synthesis and characterization of nanosilver/gelatin/carboxymethyl chitosan hydrogel // Radiat. Phys. Chem. - 2012. V. 81. Р. 553-560.

168. Martins M.L., Iessi I.L., Quintino M.P. et al. Glucose is an active chemical agent on degradation of hydroxyapatite nanostructure // Materials Chemistry and Physics. 2020. V. 240, 122166.

169. Фадеева Е.Ю., Королева М.Ю. Синтез наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных цитратом натрия // Успехи в химии и химической технологии. 2015. Т. 29. № 6(165). С. 128-129.

170. Hu Y.Y., Rowal A., Shmidt-Rohr K. Strongly bound citrate stabilizes the apatite nanocrystals in bone // PNAS - 2010. - V. 107, No 52. - P. 22425-22429.

171. Пилипенко А.Т., Пятицкий И.В. Аналитическая химия: кн. 1 - М.: Химия, 1990. 480 с.

172. Амелина Г.Н., Леонова Л.А. Нефелометрия и турбидиметрия - Томск: Изд-во ТПУ, 2015. 13 с.

173. Жебентяев А.И., Жерносек А.К., Талуть И.Е. Электрохимические методы анализа. Витебск: ВГМУ, 2015. 106 с.

174. Жерин И.И., Амелина Г.Н., Страшко А.Н., Ворошилов Ф.А. Основы электрохимических методов анализа: учеб. пособие. Часть 1. Томск: Изд-во ТПУ, 2013. 101 с.

175. Bauer P.J. Affinity and stoichiometry of calcium binding by arsenazo III // Analytical Biochemistry. 1981. V. 110. P. 61-72.

176. ГОСТ 18309-2014. Вода. Методы определения фосфорсодержащих веществ (с поправкой). Введ. 01.01.2016. М.: Стандартинформ, 2015. 24 с.

177. Порай-Кошиц М.А., Атовмян Л.О. Кристаллохимия и стереохимия координационных соединений молибдена. М.: Наука, 1974. 231 с.

178. Мельникова Т.В., Храмеева Н.П., Логинова И.Я. Лабораторные работы по теме «Метод редоксиметрии». М.: Изд-во Рос. экон. акад., 2007. 28 с.

179. Wilke B., Zhang L., Li W. et al. Corrosion performance of MAO coatings on AZ31 Mg alloy in simulated body fluid vs. Earle's Balance Salt Solution // Applied Surface Science. 2016. V. 363. P. 328-337.

180. El-Taib Heakal F., Bakry, A. M. Serum albumin can influence magnesium alloy degradation in simulated blood plasma for cardiovascular stenting // Materials Chemistry and Physics. 2018. V. 220. P. 35-49.

181. Барер Г.М., Денисов А.Б., Стурова Т.М., Маев И.В. Кристаллические агрегаты ротовой жидкости у больных с патологией желудочно-кишечного тракта // Рос. стом. журнал. 2003. № 2. С. 27-29.

182. Скрипкина Г.И., Питаева А.Н., Сунцов В.Г. Типы микрокристаллизации слюны в совокупности с физико-химическими параметрами ротовой жидкости у кариесрезистентных детей школьного возраста // Институт Стоматологии. 2011. № 1(50). С. 118-121.

183. Свид. 2016618256 РФ. Анализ фрактальной размерности по полутоновым микроскопическим фотографиям / О.А. Голованова, В.Б. Федосеев; правообладатель ФБГОУ ВО "ОмГУ им. Ф.М. Достоевского" (RU). - заявл. 06.06.16; опубл. 20.08.16. - 1 с.

184. Gheisari H., Karamian E., Abdellahi M. A novel hydroxyapatite -Hardystonite nanocomposite ceramic // Ceramics International. 2015. V. 41 (4). P. 5967-5975.

185. Mandel S. A., Tas C. Brushite (CaHPO4-2H2O) to octacalcium phosphate (Ca8(HPO4)2(PO4)4-5H2O) transformation in DMEM solutions at 36.5 °C // Materials Science and Engineering. 2010. V. 30. P. 245-254.

186. Третьяков Ю.Д. Дендриты, фракталы и материалы // Соровский образовательный журнал. 1998. № 11. С. 96-102.

187. Голованова О.А., Солодянкина А.А. Кристаллизация фосфатов кальция из растворов, моделирующих состав плазмы крови человека // Бутлеровские сообщения. 2013. Т. 36. № 11. С. 104-110.

188. Pina S., Ferreira J. Brushite-Forming Mg-, Zn- and Sr-Substituted Bone Cements for Clinical Applications // Materials. 2010. V. 3. P. 519-535.

189. Bramley A.S. A study of the growth and aggregation of calcium oxalate monohydrate. University of Adelaide, 1994. 325 p.

190. Sikiric M., Filipovic-Vincekovic N., Babic-Ivancic V. Vdovic N. Interactions in Calcium Oxalate Hydrate / Surfactant Systems // Journal of Colloid and Interface Science. 1999. V. 212. № 2. P. 384-389.

191. Fleming D.E., Bronswijk W., Ryall R.L. A comparative study of the adsorbtion of amino acids on to calcium minerals found in renal calculi // Clinical Science. 2001. V. 101. P. 159-168.

192. Горичев И.Г., Изотов А.Д., Горичев А.И. и др. Анализ кинетических данных растворения оксидов металлов с позиций фрактальной геометрии // Журн. физ. химии. 1999. Т. 71. № 10. С. 1802-1808.

193. Farin D., Avnir D. Thermal analysis and self-similarity law in particle size distribution of powder samples. Part 4 // Thermochimica Acta. 1993. V. 220. P. 191-201.

194. Boeve E.R., Cao L.C., De Bruijn W.C. et al. Zeta potential distribution on calcium oxalate crystal and Tamm-Horsfall protein surface analyzed with Doppler electrophoretic light scattering // J. Urol. 1994. V. 152. P. 531-536.

195. Дутов В.В. Растворение камней почек: кому? Когда? Как? // Медицинский совет. 2016. № 9. С. 84-90.

196. Skrtic D., Furedi-Milhofer H., Markovic M. Precipitation of calcium oxalates from high ionic strength solutions: V. The influence of precipitation conditions and some additives on the nucleating phase // J. of Cryst. Growth. 1987. V. 80. P. 113-120.

197. Ракин В.И., Каткова В.И. Диффузионно-кинетические системы кристаллизации. Сыктывкар: Геопринт, 2003. 44 с.

198. Голованова О.А., Чиканова Е.С., Пунин Ю.О. Основные характеристики процесса нуклеации в модельных растворах ротовой полости // Кристаллография. 2016. Т. 60. № 3. С. 503-510.

199. Михайлов С.С. Спортивная биохимия: учебник для вузов и колледжей физической культуры. М.: Советский спорт, 2004. 220 с.

200. Пат. 2418086 РФ, C22C14/00. Титановый сплав с улучшенными коррозионной стойкостью и прочностью / Д.С. Громан, С.П. Фокс, С.Л. Ньякана; Titanium Metals Corp.; Заяв. 14.09.2006; Опубл. 10.05.2011.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Значения морфологической размерности (П) кристаллических структур ДКФД в высыхающей капле в зависимости от времени осаждения и концентрации добавки

Концентрация добавки, рС т, мин

5 10 15 20 25 30 35 40

Брушит без добавок

- 1.720 1.770 1.830 1.891 1.925 1.934 1.939 1.947

Добавка №3С6Н507

4.3 1.740 1.800 1.862 1.890 1.900 1.915 1.920 1.925

4.0 1.786 1.840 1 1.880 1 1.910 1 1.920 1.905 1.905 1.910

3.7 1.790 1.809 | 1.885 1 1 17890 1.900 1.904 1.903

Добавка СН3СОО№

5.3 1.756 1.830 1.914 1.915 1.952 1.958 1.960 1.959

5.0 1.786 1.842 1 1.9'10 | 1Т9|20 1 1Т940 1.945 1.941 1.943

Добавка глюкозы

2.0 1.5 1.730 1.740 1.830 1.853 1.869 1.876 1.905 1.923 1.915 1.927 1.959 1.938 1.967 1.976 1.970 1.980

1.0 1.731 1.826 1.886 1.912 1.917 1.928 1.950 1.975

0.5 1.740 1.815 1.890 1.912 1.914 1.930 1.940 1.981

Добавка Na2SO4

1.9 1.770 1.820 1.900 1.950 1.982 1.985 1.975 1.970

1.6 1.800 1.850 1.914 1.956 1.964 1.969 1.952 1.954

1.3 1.0 1.800 1.800 1.890 1.870 1.930 1.920 1.937 1.920 1.978 1.940 1.984 1.958 1.960 1.984 1.954 1.980

Добавка NaF

3.8 1.790 1.830 1.856 1.921 1.930 1.937 1.942 1.947

3.3 1.840 1.887 1.907 1.923 1.954 1.958 1.960 1.970

2.8 1.860 1.890 1.902 1.910 1.923 1.940 1.958 1.956

2.3 1.870 1.900 1.910 1.935 1.941 1.952 1.953 1.956

Добавка №С3Н303

5.0 1.756 1.820 1.902 1.904 1.925 1.936 1.959 1.968

4.5 1.786 l786з | 1.914 | 1-925 | 1.961 1.963 1.974

4.0 1.790 l7862 | | 1.920 1 1.934 1.935 1.956 1.975

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Значения морфологической размерности (П) кристаллических структур ГА в высыхающей капле в зависимости от времени осаждения и концентрации добавки

Концентрация добавки, рС т, мин

5 10 15 20 25 30 35 40

Гидроксилапатит без добавок

- 1.882 1.872 1.855 1.819 1.785 1.736 1.713 1.700

Добавка №3С6Н507

4.3 1.905 1.896 1.866 1.827 1.804 1.749 1.725 1.710

4.0 1.911 1.901 1.878 1.854 1.817 1.762 1.742 1.728

3.7 1.934 1.930 1.885 1.849 1.815 1.766 1.743 1.730

3.4 1.927 1.917 1.907 1.864 1.841 1.799 1.772 1.737

Добавка

3.0 1.905 1.900 1.886 1.860 1.830 1.820 1.800 1.795

2.5 1.940 1.925 1.907 1.875 1.852 1.840 1.830 1.820

2.0 1.975 1.950 1.928 1.890 1.874 1.860 1.860 1.860

1.5 1.980 1.975 1.949 1.905 1.896 1.889 1.884 1.882

Добавка глюкозы

2.0 1.926 1.891 1.871 1.832 1.809 1.749 1.749 1.740

1.5 1.952 1.931 1.886 1.852 1.794 1.754 1.750 1.740

1.0 1.975 1.962 1.950 1.902 1.854 1.826 1.786 1.731

0.5 1.988 1.975 1.962 1.945 1.909 1.844 1.812 1.723

Добавка желатина (М = 300 000 г/моль)

5.3 1.908 1.898 1.881 1.845 1.811 1.762 1.739 1.726

5.0 1.930 1.920 1.903 1.867 1.833 1.784 1.761 1.748

4.7 1.932 1.922 1.907 1.880 1.835 1.786 1.785 1.750

4.4 1.950 1.951 1.934 1.898 1.864 1.815 1.792 1.760

Добавка

1.9 1.915 1.914 1.902 1.879 1.882 1.861 1.820 1.760

1.6 1.946 1.944 1.938 1.920 1.910 1.893 1.865 1.833

1.3 1.966 1.960 1.958 1.936 1.918 1.900 1.883 1.850

1.0 1.975 1.969 1.959 1.940 1.922 1.910 1.887 1.866

Продолжение таблицы приложения Б

Концентрация добавки, рС т, мин

5 10 15 20 25 30 35 40

Добавка

1.9 1.887 1.880 1.868 1.850 1.785 1.755 1.740 1.720

1.6 1.890 1.890 1.870 1.850 1.820 1.800 1.730 1.730

1.3 1.930 1.900 1.880 1.880 1.830 1.820 1.770 1.760

1.0 1.950 1.950 1.920 1.880 1.860 1.830 1.800 1.770

Добавка NaHCO3

1.9 1.870 1.880 1.850 1.820 1.810 1.750 1.730 1.720

1.6 1.881 1.890 1.860 1.830 1.810 1.770 1.740 1.730

1.3 1.890 1.900 1.870 1.840 1.810 1.800 1.750 1.750

1.0 1.877 1.900 1.890 1.880 1.860 1.820 1.780 1.770

Добавка NaF

4.0 1.890 1.880 1.873 1.827 1.793 1.748 1.730 1.708

3.5 1.895 1.885 1.868 1.832 1.818 1.753 1.735 1.723

3.0 1.910 1.900 1.883 1.847 1.813 1.768 1.750 1.748

2.5 1.950 1.940 1.923 1.887 1.853 1.808 1.790 1.778

2.0 1.990 1.970 1.963 1.927 1.893 1.848 1.830 1.818