Виконана робота присвячена синтезу складнозаміщених кальцій фосфатів, що містять у своєму складі йони різновалентних металів (Cu2+, Zn2+, Cs+ чи Sr2+), дослідженню хімічних, термічних, механічних і біологічних властивостей синтезованих сполук і створенню композитів на основі фаз апатитового типу, оцінці перспектив їх майбутнього практичного застосування.
Вперше із використанням двох синтетичних підходів (співосадження з водних розчинів та сорбції з використанням попередньо синтезованих наночастинок складнозаміщених кальцій фосфатів) досліджено особливості формування Cu2+, Zn2+ та Cu2+/Zn2+-вмісних кальцій фосфатів апатитового та вітлокітового структурних типів. Встановлено основні закономірності утворення зазначених фосфатів за мольних співвідношень вихідних компонентів (Са/Р = 1.67, CО32-/РО43- = 1, Ca/MII = 50 і 100 та Ca/(Cu+Zn) = 50)) при 20 °С в умовах співосадження системи Na+-Ca2+-M2+-NO3--CO32--PO43- (M2+ – Cu2+, Zn2+). Згідно результатів ІЧ та РФА для цих зразків, формуються фази апатитового типу і встановлено реалізацію Б-типу заміщення фосфату на карбонат. Фосфати (до 2 % мас. двовалентного металу) одержано у вигляді сферичних частинок з розмірами в межах 10-30 нм. Вперше досліджено вплив мікрохвильового опромінювання протягом 30 хв на характеристики синтезованих фосфатів. Показано, що відпал зразків при 700 С призводить до агрегації частинок та збільшення ступеня їх кристалічності.
Синтез купрум- та цинквмісних кальцій фосфатів також було здійснено в умовах сорбції з використанням попередньо синтезованого Na+, CO32-–вмісного кальцій фосфату з розчинів нітратів двовалентних металів різної концентрації (0.002, 0.02 та 0.1 моль/л) з подальшим їх відпалом при 700 °С. Встановлено, що вміст сорбованого йону двовалентного металу збільшується по мірі зростання його концентрації у вихідному розчині та досягає до 6 % мас. При цьому в залежності від кількості сорбованого йону реалізується формування двох типів фаз: апатитового типу для зразків синтезованих при с(М2+) = 0.002 моль/л у вихідному розчині чи вітлокітового типу – при с(М2+) = 0.1 моль/л.
Вперше досліджено «включення» йонів цезію у кристалічну решітку кальцій фосфатів в умовах формування фосфатної матриці (під час співосадження) і сорбції на матрицях складнозаміщених кальцій фосфатів апатитового та вітлокітового структурних типів. Встановлено, що в умовах співосадження у системі M+-Ca2+-Cs+-PO43--CO32--NO3- (M+ – Na, K) (CO32-/PO43- = 1.0 і 2.0 та Са/Р = 1.67) незалежно від природи лужного металу формуються фази апатитового типу з вмістом цезію 0.2-1.5 % мас.
Для водних розчинів безкарбонатної системи M+-Ca2+-Cs+-PO43--NO3- (M+ – Na, K) при Са/Р = 1.67, CО32-/РО43- = 0, М+/Cs+ = 1.0 та 2.0 вперше відмічено, що додавання катіонів цезію сприяє стабілізації фази на основі -Са3(РО4)2 у суміші зі складним кальцій фосфатом вітлокітового типу. Формування лише складнозаміщених кальцій фосфатів вітлокітового типу (-Са3(РО4)2) реалізується в присутності катіонів калію за значення К+/Cs+ = 2.0.
Досліджено сорбційні властивості синтезованих наночастинок натрій- та калійвмісних кальцій фосфатів вітлокітового та апатитового структурних типів щодо йонів цезію з його нітратних розчинів різних концентрацій (0.05, 0.1 і 0.25моль/л). Встановлено, що кількість сорбованого цезію збільшується при зростанні його концентрації у вихідному розчині. Показано, що фазовий склад одержаних кальцій фосфатів після сорбції і нагрітих до 700 °С залежить від типу та складу вихідної матриці.
Синтез стронційвмісних фосфатів здійснювали методом співосадження з водних розчинів системи M+-М2+-PO43--CO32--NO3- (M+ – Na, K, M2+ – Sr, Ca/Sr) при мольних співвідношеннях M2+/Р = 1.67, CO32-/PO43- = 0 та 1.0. Встановлено, що додавання катіонів кальцію у вихідні розчини при утворенні фосфатів стронцію в умовах співосадження сприяє збільшенню ступеня зв’язування стронцію (до 90 % мас.) у формі фосфатів вітлокітового та апатитового типів.
Досліджено антимікробну дію наночастинок хімічно модифікованих кальцій фосфатів апатитового типу різного складу (Na+,CO32-–НАР, Na+, Zn2+,CO32-–НАР та Na+,Cu2+,CO32-–НАР), отриманих методом співосадження щодо штамів Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa та Streptococcus pyogenes. Було встановлено інгібуючий вплив зразків у вигляді суспензій (5-20 мМ) на ріст даних умовно патогенних мікроорганізмів. Також виявлено вплив розмірів частинок на антимікробні властивості фосфатів на прикладі Na+,CO32-–НАР і показано вищий антагоністичний ефект зразку з частинками з розмірами в нанодіапазоні.
Синтезовані фосфати пригнічують біоплівкоутворення культурами Staphylococcus aureus і Pseudomonas aeruginosa, а їхня активність залежить від здатності до адгезії на поверхні бактеріальних клітин.
Створено гібридні композити на основі синтезованих Cu2+, Zn2+ та Cu2+/Zn2+-вмісних кальцій фосфатів апатитового типу з альгінатом та показано покращення їх механічних властивостей у порівнянні з відповідними для фосфатної компоненти.
