Магистрант Института физики КФУ разрабатывает материалы нового поколения для медицины

Исследования молодого радиофизика нацелены на создание биоматериалов с заданными физико-химическими свойствами.

Из материалов будущего, в создании которых участвует магистрант Института физики Казанского федерального университета Фадис Мурзаханов, планируется изготавливать импланты для замены поврежденных участков костной ткани, а также с их помощью – стимулировать остеорегенеративные свойства живой ткани.

Магистерская работа Фадиса Мурзаханова, которую он готовится защитить через несколько дней, называется «Изучение синтетических фосфатов кальция (гидроксиапатит и трикальцийфосфат) с примесью ионов марганца методами ЭПР».

«Я исследую биосовместимые материалы гидроксиапатит и трикальцийфосфат с примесью ионов марганца методом импульсного высокочастотного электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и импульсного двойного электронно-ядерного резонанса (ДЭЯР), – рассказывает Фадис. – Гидроксиапатит и трикальцийфосфат широко используются в костной инженерии, из них создают импланты для частичной или полной замены поврежденного участка кости, их используют для напыления на титановые или танталовые протезы. – Кроме того, эти биоматериалы  нужны  для стимулирования собственных остеорегенеративных свойств живой ткани. Однако организм пациента может их отторгнуть из-за различия в элементном составе между имплантом и живой костной тканью».

Гидроксиапатит и трикальцийфосфат являются основными материалами для биоинженерии. Чтобы улучшить физико-химические свойства, в их кристаллические решетки ученые Института металлургии и материаловедения Российской академии наук (он является партнером КФУ) внедряют ионы марганца, железа, меди, алюминия и других металлов.

«Мы в данный момент сосредоточены на изучении примесного двухвалентного марганца. Предыдущие научные работы по ЭП-спектроскопии образцов гидроксиапатита и трикальцийфосфата с примесями двухвалентного марганца проводились только в стационарном режиме на частоте 9,6 ГГц. Все полученные экспериментальные результаты были малоинформативными. В наших исследованиях мы используем импульсную высокочастотную ЭПР и ДЭЯР-спектроскопию, которая позволяет получить уникальную информацию об исследуемом примесном центре», – сообщил молодой исследователь.

Благодаря применению различных техник ЭПР и ДЭЯР ученым КФУ впервые удалось наблюдать и интерпретировать сложные многокомпонентные спектры поглощения, которые возникают из-за наличия нескольких позиций марганца в структуре гидроксиапатита и трикальцийфосфата.

«Мы смогли не только обнаружить, но и точно определить локализации марганца в кристаллической структуре гидроксиапатита и трикальцийфосфата при очень низких концентрациях. С медицинской точки зрения, данная информация очень важна, так как в зависимости от позиции двухвалентного марганца изученные биоматериалы могут обладать принципиально разными свойствами», – отметил Фадис.

Магистрант Института физики Казанского федерального университета Ф.Мурзаханов в мае этого года стал обладателем именной стипендий академиков Российской академии наук Роальда и Ренада Сагдеевых, которая вручается молодым талантливым ученым КФУ, проводящим исследования в области физики и химии.

«Фадис – очень перспективный исследователь. Его работа связана с кальциевыми фосфатами, которые сегодня востребованы в биологии и в материаловедении. Появились идеи их использования в качестве подложки для катализаторов в нефтехимической промышленности. Магистрант лично получает и анализирует большой массив данных с целью создания некой общей модели внедрения примесных центров в структуру фосфатов кальция, – говорит научный руководитель Мурзаханова, доцент кафедры медицинской физики Института физики, ведущий научный сотрудник Химического института КФУ Марат Гафуров. – Чистые кальциевые фосфаты допируют ионами металлов, чтобы улучшить их физические (в том числе механические), антимикробные свойства, сродство с заменяемым или восстанавливаемым материалом. Следующий, более сложный, этап – это содопирование (внедрение двух и более катионов или катиона и аниона). Оно позволит интегрально улучшить свойства порошков и керамик, сделать процесс изготовления имплантов персонализированным. Это новое направление в науке, и Фадис такими исследованиями тоже занимается. В результатах этих фундаментальных исследований весьма заинтересованы наши коллеги (химики и технологи) из Москвы и Беларуси, производящие, в том числе, коммерческие гели и керамики на основе гидроксиапатита для медицинских целей”.