Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1) Гетерофазным методом с использованием механохимической активации синтезированы стронций-замещенные ТКФ со степенями замещения 0,1 и 0,5. Определен фазовый состав методом РФА, параметры кристаллической ячейки и микроструктура полученных порошков. Для Sr-ТКФ определено влияние ионов стронция и их процентного содержания на фазовый состав, кристаллохимические характеристики и микроструктуру порошков. Спеканием при 1000 оС получена керамика из 0.5SrТКФ, и исследовано влияние ионов стронция на спекание, растворимость в модельной жидкости (физиологический раствор) и бисовместимость керамики in vitro. Показано, что при увеличении содержания стронция в ТКФ процесс спекания начинается раньше, что отражается на микроструктуре. Методом трехточечного изгиба измерена прочность керамики при изгибе. Установлено, что замещение ионов кальция на ионы стронция приводит к некоторому снижению прочности, ввиду большей плотности керамики из ТКФ, по сравнению с керамикой из 0.5SrТКФ. В физиологическом растворе происходит частичное растворение керамик, сопровождающееся выделением в раствор ионов кальция и стронция. По данным сканирующей электронной микроскопии в процессе выдерживания керамик в физиологическом растворе происходит изменение их микроструктуры: для керамик из ТКФ и 0.5SrТКФ после выдерживания в модельных растворах уменьшается как размер частиц, так и количество контактов между ними, что вызвано их частичным растворением. Культивирование мезенхимальных стволовых клетках пульпы зуба человека на поверхности керамических образцов показало, что полученная керамика из Sr-ТКФ является биосовместимой. 2) Из порошков стронций-замещенного ТКФ получен брушитовый цемент, исследованный методами энергодисперсионной рентгеновской дифракции, инфракрасной спектроскопии и терагерцовой временной спектроскопии. Для долгосрочных исследований с временным разрешением проводили исследование угловой методом РФА на разных этапах схватывания, изучена микроструктура методом сканирующей электронной микроскопии, показано снижение прочности при допировании стронцием. Исследовано поведение керамик в растворе Рингера: установлено изменение фазового состава: появление фаз апатитовой и ОКФ. На клеточной линии фибробластов NCTC 3T3 показано отсутствие цитотоксичности цемента, на мезенхимальных стволовых клетках пульпы зуба человека показана биосовместимость цемента. 3) Гадолиний(III)-замещенные ТКФ с содержанием гадолиния 0,51% масс. (0.01GdТКФ) и 5,06% масс. (0.1GdТКФ) синтезировали двумя методами – осаждением из водных растворов солей и с использованием механоактивации. Полученные образцы охарактеризовывали методом РФА. Изучали термическое поведение гадолиний(III)-замещенного ТКФ, полученного осаждением из водных растворов и с использованием механоактивации. Исследована микроструктура керамики из порошков, полученных осаждением и полученных с использованием механоактивации. Измерен размер зерен керамик. Методом спектроскопии электронно-парамагнитного резонанса (ЭПР) изучен состав образцов. Установлено, что гадолиний(III) присутствует в кристаллической решетке замещенных ТКФ. На основании результатов спектроскопии ЭПР сделаны выводы о структурном координировании гадолиния(III) в решетке ТКФ. Проведены исследования метаболической активности клеток NCTC L929 с использованием МТТ-теста, показано отсутствие токсического действия трехсуточных вытяжек из керамик. Проведено исследование антибактериальной активности гадолиний(III)-замещенных ТКФ против штаммов бактерий S. aureus, E. coli, E. faecalis и гриба C. albicans. Показано, что состав, полученный методом осаждения, проявляет большую антибактериальную активность, чем состав, полученный с использованием механоактивации. Ссылка на пресс-релиз https://rscf.ru/news/release/uchenye-pridumali-kak-uluchshit-svoystva-keramicheskikh-implantatov/ 4) Твердофазным методом синтезированы замещенные Ca(II)/Cu(II) и созамещенные Cu(II)/Zn(II), Cu(II)/Sr(II) и Sr(II)/Mn(II) фосфаты на основе β-ТКФ. С помощью элементного анализа определено содержание всех допирующих ионов в образцах. Образцы охарактеризованы методом РФА. Установлено распределение допирующих ионов в кристаллической решетке ТКФ. Исследована антибактериальная активность полученных замещенных ТКФ против бактерий S. aureus, P. aeruginosa, E. coli, E. faecalis и гриба C. albicans в зависимости от состава и структуры. Установлено, что все синтезированные двойные замещенные ТКФ обладают антибактериальным действием разной степени выраженности. Показано, что наилучшей антибактериальной активностью обладают составы Cu/Sr-ТКФ и Zn-ТКФ. Увеличение антимикробной активности Cu/Sr-ТКФ связано с включением Sr(II) и стимуляцией ионов Cu(II). Катионы Sr(II) расположены в позициях Ca(1)-Ca(4) в структуре β-ТКФ. Сделан вывод о влиянии Sr(II) в Zn-ТКФ и Cu-ТКФ на их антимикробную активность за счет изменения кристаллохимических характеристик. Установлено, что замена Ca(II) на Sr(II) в положениях Ca(1) – Ca(4) заметно влияет на антибактериальную активность. Кроме того, комбинация катионов в Ca(5) и Ca(1), Ca(2), Ca(3), Ca(4) позициях также оказывает значительное влияние на антибактериальные свойства. Комбинация (расположение) ионов Cu(II) + Sr(II) в структуре обеспечивает самую высокую антибактериальную активность. Совместное замещение на ионы Mn(II) и Sr(II) в структуре β-ТКФ не приводит к повышению антибактериальной активности. 5) Порошки медь-, цинк-, марганец-замещенных ТКФ синтезировали осаждением из водных растворов с последующим прокаливанием продуктов. Исследовали фазовый состав замещенных Cu-ТКФ, Zn-ТКФ и Mn-ТКФ cо степенью замещения 0,1. С помощью РФА установлено, что преобладающей фазой является витлокит (β-ТКФ), сделано предположение о вхождении иона меди (цинка, марганца) в решетку β-ТКФ и изменении параметров ячейки ввиду различия ионных радиусов кальция и меди, марганца, цинка. Частицы замещенных ТКФ имеют меньший размер по сравнению с частицами незамещенного ТКФ. Порошки Cu-ТКФ, Zn-ТКФ проявляют антабактериальную активность против Escherichia coli, Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus. Состав Mn-ТКФ проявляет умеренное ингибирование роста Staphylococcus aureus. 6) Получены пленочные композиционные материалы на основе поливинилпирролидона и альгината с Zn, Cu, Mn-замещенными ТКФ. Методом ДТА исследована термическая стабильность композитов, в которых полимерная матрица частично сшита ионами бария, кальция, стронция, меди(II) или марганца(II). Измерена механическая прочность при разрыве воздушно-сухих композиционных пленок, содержащих 9–12 %мас. воды. Показано, что наименее устойчивыми являются образцы, сшитые ионами меди (II). Установлено, что прочность изученных образцов в сухом состоянии в значительной степени зависит от типа использованного сшивающего агента: наибольшей механической прочностью при разрыве обладают пленки, сшитые ионами бария. Исследована антибактериальная активность композитов: образцы с Zn-ТКФ, и Cu-ТКФ проявляют ингибирующее действие против штамма E. coli C600. Образцы Mn-ТКФ и ТКФ бактерицидного действия на планктонные клетки штамма E. coli C600 не оказывали. 7) Исследовано влияние соотношения поливинилпирролидон:альгинат и присутствие фосфатов кальция на водопоглощение (набухание) пленочных образцов. Показано, что с увеличением содержания альгината в матрице изменяется скорость водопоглощения, а введение фосфата кальция несколько его снижает.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1.С помощью ЯМР спектроскопии растворов изучена плотность сшивания альгината натрия ионами Sr2+ и Ca2+, установлено влияние плотности сшивания на вязкость и на скорость растворения альгината натрия в воде. 2. С помощью ЭПР спектроскопии твердых образцов будет изучена плотность сшивания альгината натрия ионами Cu2+ и Mn2+, будет исследовано влияние плотности сшивания на механические свойства пленок (прочность при разрыве, разрывное удлинение и эластичность); 3. Будет исследовано влияние плотности сшивания МЦ и ПВП гамма-облучением и альгината натрия ионами металлов на вязкость гелей, а также влияния вязкости гелей на их инжектируемость и возможность их использования в технологии 3D печати; на основании данных ЯМР и ЭПР спектроскопии будет подобрана методика сшивания альгината для получения гелеобразующих пленок с определенной степенью сшивки для создания материала с оптимальной скоростью растворения и биорезорбции; 4. Будут разработаны антиадгезивные пористые объемные и пленочные материалы на основе блендов из альгината натрия и МЦ (или ПВП) для хирургии мягких тканей, будет изучена набухаемость, пористость и растворимость материалов в зависимости от их состава; 5. С применением различных методов (осаждение из водных растворов солей с последующей кальцинацией, синтеза с применением механохимической активации, твердофазного синтеза) будут получены катион-замещенные фосфаты кальция (где катион – Bi3+, Mn2+, VO2+) и анион-замещенные (где анион – BiO3-, MnO4-, VO3-). Методами РФА, ЭПР, ИК спектроскопии, ПЭМ и СЭМ будут исследованы их фазовый состав, кристаллохимические характеристики, а также антибактериальная активность с использованием референсных и клинических штаммов бактерий (Escherichia coli, Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa) и гриба Candida albicans. Будет установлена зависимость антибактериальных свойств от формы допанта: катионная или анионная; 6. Проведены исследования in vivo пленочных и объемных пористых материалов на основе частично сшитых полимерных блендов из МЦ и альгината натрия, а также из ПВП и альгината натрия на моделях личинок моли и мелких лабораторных животных. Будут установлены влияние состава и плотности сшивания полимеров на адгезию к тканям и биорезорбцию полученных материалов . 7. Изучено влияние метода синтеза (осаждение из водных растворов солей и механоактивация) на фазовый и элементный состав ТКФ и ГА; 8. Твердофазным синтезом получен ТКФ с одновременным замещением ионов кальция на ионы марганца и стронция, исследованы элементный, фазовый состав, растворимость в физиологическом растворе; 9. Разработан композит полигидроксибутирата, полученного электроспиннингом, с цинк-содержащим брушитовым цементом, изучены фазовый состав, микроструктура, механические и антибактериальные свойства композита, перспективность его использования в медицине; 10. Разработаны и исследованы керамика из бор-замещенного ТКФ и цемент на его основе: изучены время схватывания и твердения цемента, его фазовый состав, прочность при сжатии, биосовместимость и антибактериальная активность цемента; 11. Твердофазным методом получены кобальт- и никель-замещенные ТКФ, исследованы их фазовый и элементный состав, а также антибактериальная активность и биосовместимость in vivo. 12. Исследованы механические характеристики пористых объемных материалов ПВП-Алг с различным содержанием ФК. Установлено, что с увеличением содержания ФК снижается пористость образцов, а модуль сжатия увеличивается и снижается способность к упругому восстановлению после деформации. Показано, что с увеличением содержания ФК до 30% мас. в исходных гелях кинематическая вязкость гелей сначала уменьшается, а затем резко возрастает при увеличении содержания ФК до 40 и 50 % мас.