Ученые Северо-Кавказского федерального университета разработали способ создания наноразмерных силикатов биометаллов. Их стабилизировали незаменимой аминокислотой L-лизином.
«Наши ученые ведут междисциплинарные исследования, к которым, в том числе, относится и данное направление. Запатентованная технология открывает большие возможности в самых разных сферах, например, в области медицины, строительной отрасли и пищевой промышленности, а также для производства люминофоров», – прокомментировал ректор СКФУ Дмитрий Беспалов.
Ученые кафедры физики и технологии наноструктур и материалов СКФУ разработали новый способ получения сырья, которое имеет уникальные биологические свойства и его можно хранить длительное время.
Наноразмерные силикаты биометаллов – это соли кремниевых кислот одно- и двухвалентных металлов, таких как кальций, цинк, магний, кобальт, железо, марганец и другие, которые обладают высокой биологической активностью. Они могут служить источником эссенциальных (незаменимых) микроэлементов в биологически активных добавках, укреплять мышечные и костные ткани организма. Кроме того, их используют, чтобы создавать матрицы для имплантологии, которыми замещают поврежденные участки костных тканей. Находят они свое применение при создании люминофоров, проводников, а также в легкой промышленности и строительной отрасли.
Такой широкий спектр их применения требует способов, которые бы обеспечивали производство достаточных объемов сырья в промышленных масштабах заданного качества. Сейчас силикаты одно- и двухвалентных металлов получают химическими и физическими методами в присутствии различных катализаторов.
Особенность физического метода с применением высокотехнологического оборудования в том, что для этого требуются значительные энергозатраты при низком объеме готового продукта. В свою очередь, многие химические методы не отличаются гибкостью получения силикатов двухвалентных металлов, в частности, кобальта и цинка, «страдает» также чистота готового продукта.
Процесс заключается в следующем – в стеклянном реакторе готовят раствор ацетата биометалла, силиката натрия и аминокислоты L-лизина. Полученную смесь перемешивают, затем воздействуют ультразвуком. Обработанный гель троекратно отмывают дистиллированной водой в центрифуге. Отмытый гель высушивают при температуре 80°C в течение 12 часов. Изобретение позволяет получить сухой порошок однородной структуры без запаха и посторонних включений.
«Разработанные силикаты биометаллов в наноразмерном состоянии обладают уникальными свойствами – повышается их биологическая, антибактериальная, остеогенная и анионогенная активность, что положительно влияет на процесс заживления и восстановления костной ткани», – поясняет доцент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов СКФУ Анастасия Блинова.
Если говорить об имплантологии, то для создания надежного и в то же время биосовместимого покрытия имплантата важно использовать наноразмерные структуры, которые входят в состав костей человека. Один из таких компонентов - аминокислота L-лизин. Поэтому ученые остановили свой выбор на этом веществе – оно участвует в укреплении костей и отвечает за адсорбцию кальция, тем самым влияет на прочность тканей, а значит, имплант лучше приживается в организме.
Сейчас исследователи изучают токсикологические характеристики наноразмерных силикатов биометаллов и их биосовместимость с организмом.
Себестоимость разработки гораздо ниже аналогов – благодаря наноразмерам рабочие концентрации используемых компонентов гораздо меньше при той же высокой эффективности.
Разработкой уже заинтересовались стоматологические клиники, которые специализируются на имплантации зубов. Кроме регенеративной медицины, также технология может использоваться при производстве пищевых добавок, создания огнеупорных материалов в строительстве, в микроэлектронике.
