Выпуски УФМ »  Том 4, выпуск 4

Свойства наноразмерных частиц на основе металлов, локализованных в биологических тканях

А. П. Шпак$^{1}$, А. Б. Брик$^{2}$, В. Л. Карбовский$^{1}$, Л. Г. Розенфельд$^{3}$

$^1$Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^2$Институт Геохимии, Минералогии и Рудообразования им. М.П. Семененко НАН Украины, просп. Академика Палладина, 34, 03680, ГСП, Киев-142, Украина
$^3$Научный центр радиационный медицины НАМН Украины, ул. Мельникова, 53, 03050 Киев, Украина

Получена: 15.10.2003. Скачать: PDF

Описаны наноразмерные частицы твердого тела, локализованные в высокоминерализованных биологических тканях (эмаль зубов, кости) и в слабоминерализованных тканях (органическая ткань раковин моллюсков, ткани мозга). Изучены свойства этих наноразмерных частиц, которые сформированы на основе металлических ионов. Данные о свойствах наноразмерных частиц в вышеперечисленных биологических тканях получены в основном с помощью электронного парамагнитного резонанса. Для высокоминерализованных тканей рассмотрены вопросы, связанные с иерархией внутреннего строения, механизмами взаимодействия органического и минерального вещества, анизотропией структуры и примесными кристаллическими фазами. Для слабоминерализованных тканей описаны аномальные резонансные сигналы, обусловленные магнитоупорядоченными частицами, которые обладают уникальными динамическими характеристиками. При высоких уровнях микроволновой мощности на контуре этих резонансных сигналов появляются параболические зоны, обусловленные когерентными эффектами. Сделаны выводы о том, что в тканях мозга имеет место как физиологическая (нормальная), так и патологическая минерализация. Мы предполагаем, что физиологические минеральные частицы играют важную роль в функционировании мозга, а патологические частицы являются причиной заболеваний мозга. Обсуждены возможные применения описанных результатов для решения фундаментальных и прикладных проблем, связанных с наноразмерными частицами в биологических тканях. Поскольку минеральная компонента в высокоминерализованных биологических тканях и минеральные включения в слабоминерализованных тканях имеют структуру частиц твердого тела, открываются возможности для использования строгих физических подходов для описания процессов в биологических тканях. Кроме того, информация о свойствах наноразмерных частиц твердого тела, локализованных в биологических тканях, открывает возможности для создания технических систем и устройств, которые использовали бы принципы функционирования биологических тканей.

Ключевые слова: наноразмерные частицы, кости, зубная эмаль, мозговая ткань, электронный парамагнитный резонанс, гидроксилапатит, кальцит, оксиды железа.

PACS: 61.46.+w, 81.07.Pr, 82.35.Np, 83.80.Lz, 87.64.Hd, 87.68.+z

Citation: A. P. Shpak, A. B. Brik, V. L. Karbovskiy, and L. G. Rosenfeld, Properties of Nanoscale Particles on the Basis of Metals Localized Into Biological Tissues, Usp. Fiz. Met., 4, No. 4: 303—336 (2003), doi: 10.15407/ufm.04.04.303

Цитированная литература (39)  
  1. A. P. Shpak, A. B. Brik, and V. L. Karbovskij, Tezisy Dokladov Mezhdunarodnoj Konferentsii ‘Noveishie Tekhnologii v Poroshkovoj Metallurgii i Keramike’ (Kyyiv: 2003), p. 286 (in Russian).
  2. A. A. Korago, Vvedenie v Biomineralogiyu (Spb.: Nedra: 1992) (in Russian).
  3. F. C. M. Driessens and R. M. H. Verbeeck, Biominerals (Boca Raton: CRC Press: 1990).
  4. H. A. Lowenstam and S. Weiner, On Biomineralization (New York: Oxford Univ. Press: 1989).
  5. A. P. Shpak, V. L. Karbovskij, and V. V. Trachevskij, Apatity (Kyyiv: Akademperiodyka: 2002) (in Russian).
  6. T. Kanazawa, Neorganicheskie Fosfatnyye Soyedineniya (Kyyiv: Naukova Dumka: 1998) (in Russian).
  7. N. P. Jushkin, V. I. Pavlishin, and A. M. Askhabov, Mineralogicheskij Zhurnal, 25, No. 4: 7 (2003) (in Russian).
  8. L. G. Rosenfeld, A. B. Brik, G. H. Kenner, O. N. Atamanenko et al., Ortope-diya, Travmatologiya i Protezirovanie, No. 1: 9 (2002) (in Russian).
  9. L. G. Rozenfel’d, O. B. Brik, and O. N. Atamanenko, Zhurnal AMN Ukrainy, 5, No. 2: 220 (1999) (in Russian).
  10. A. B. Brik, Mineralogical Journal, 24, No. 5/6: 29 (2002).
  11. A. B. Brik, Mineralogical Journal, 25, No. 2/3: 11 (2003).
  12. A. B. Brik and V. B. Brik, Mineralogical Journal, 20, No. 5: 46 (1998).
  13. E. V. Borovskij and V. K. Leont’ev, Biologiya Polosti Rta (Moscow: Medicina: 1991) (in Russian).
  14. M. J. Glimcher, Clinical Ortopaedics and Related Research, No. 61: 16 (1968).
  15. D. V. Provenza and W. Ed. Seibel, Oral Histology (Philadelphia: Lea and Febiger: 1986).
  16. A. B. Brik, E. H. Haskell, V. B. Brik, O. N. Atamanenko, and O. I. Scherbina, Appl. Radiat. Isot., 52: 1077 (2000). Crossref
  17. A. Brik, G. Kenner, V. Brik, E. Rice et al., Mineralogical Journal, 23, No. 1: 23 (2001).
  18. G. P. Stupakov and A. I. Volozhin, Kostnaya Sistema i Nevesomost’ (Moscow: Nauka: 1989), vol. 63 (in Russian).
  19. A. M. Belous and E. Ya. Pankov, Mekhanizmy Regeneratsii Kostnoj Tkani: Sbornik Statej (Moscow: Medicina: 1972) (in Russian).
  20. W. F. Neuman and M. W. Neuman, The Chemical Dynamics of Bone Mineral (Chicago: The University of Chicago Press: 1958).
  21. R. O. Becker and F. M. Brown, Nature, 206, No. 4991: 1325 (1965). Crossref
  22. C. A. L. Bassett, Calcif. Tiss. Res., 1: 252 (1968). Crossref
  23. W. S. Williams and L. Breger, J. Biomechanics, 8: 407 (1975). Crossref
  24. V. I. Loshchilov, M. V. Volkov, and S. I. Shchukin, Dokl. AN SSSR. Ser. Biofizika, 274, No. 5: 1221 (1984) (in Russian).
  25. E. T. Kulin, Bioehlektretnyj Ehffekt (Minsk: Nauka i Tekhnika: 1980) (in Russian).
  26. A. B. Brik, E. H. Haskel, O. I. Scherbina et al., Mineralogical Journal, 20, No. 4: 26 (1998).
  27. F. Callens, P. Moens, and R. Verbeeck, Calcified Tissue International (1995), p. 543 .
  28. A. B. Brik, O. I. Scherbina, E. H. Haskell et al., Mineralogical Journal, 19, No. 4, 3 (1997).
  29. S. S. Ishchenko, I. P. Vorona, S. M. Okulov, and N. P. Baran, Applied Radiation and Isotopes, 56: 815 (2002). Crossref
  30. I. P. Vorona, M. P. Baran, and S. S. Ishchenko, Ukr. Fiz. Zhurnal, 47, No. 7: 659 (2002) (in Russian).
  31. A. Brik, V. Baraboy, O. Atamanenko et al., Applied Radiation and Isotopes, 52, No. 5: 1305 (2000). Crossref
  32. A. B. Brik, O. N. Atamanenko, I. G. Litovka, and O. I. Scherbina, Abstracts of 22nd Annual International Gravitational Physiology Meeting (Budapest, 2001), p. 61.
  33. L. G. Gelinskaja and M. Ya. Shcherbakova, Fizika Apatita (Novosibirsk: Nauka: 1975), p. 7 (in Russian).
  34. A. Abragam and B. Bleaney, Electron Paramagnetic Resonance of Transition Ions (Oxford: Clarendon Press: 1970).
  35. Ch. P. Pool, Electron Spin Resonance in Comprehensive Treatise on Experimental Techniques (New York–London–Sidney: Interscience Publishers—a Division of John Wiley and Sons: 1967).
  36. Z. Srebro, W. Froncize, T. Sarna, and S. Lukiewicz, Proc. of the First European Biophysics Congress (1971), vol. 2, p. 575.
  37. P. Milvy, S. Kakari, J. B. Campbell, and H. B. Demopoulos, Annals of New York Academy of Science, 222: 1102 (1976). Crossref
  38. Ferromagnitnyj Rezonans (Ed. S. V. Vonsovskij) (Moscow: GIFML: 1961) (in Russian).
  39. F. E. Bloom, A. Lazerson, and L. Hofstadter, Brain, Mind, and Behavior (New York: W. H. Freeman and Company: 1985).

© 2013–2018 «ИМФ НАН Украины»