Випуски УФМ »  Том 4, випуск 4

Властивості нанорозмірних частинок на основі металів, локалізованих у біологічних тканинах

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

$^1$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^2$Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України, просп. Академіка Палладіна, 34, 03680, МСП, Київ-142, Україна
$^3$Науковий центр радіаційної медицини НАМН України, вул. Мельникова, 53, 03050 Київ, Украина

Отримана: 15.10.2003. Завантажити: PDF

Описано нанорозмірні частинки твердого тіла, що локалізовані у високомінералізованих біологічних тканинах (емаль зубів, кістки) і в слабомінералізованих тканинах (органічна тканина раковин молюсків, тканини мозку). Вивчено властивості цих нанорозмірних частинок, сформованих на основі металічних іонів. Дані про властивості нанорозмірних частинок у вищевказаних біологічних тканинах отримано в основному за допомогою електронного парамагнітного резонансу. Для високомінералізованих тканин розглянуто питання, пов’язані з ієрархією внутрішньої будови, механізмами взаємодії органічної й мінеральної матерії, анізотропією структури і домішковими кристалічними фазами. Для слабомінералізованих тканин описано аномальні резонансні сигнали, обумовлені магнітовпорядкованими частками, що володіють унікальними динамічними характеристиками. При високих рівнях мікрохвильової потужності на контурі цих резонансних сигналів з’являються параболічні зони, обумовлені когерентними ефектами. Зроблено висновки про те, що в тканинах мозку має місце як фізіологічна (нормальна), так і патологічна мінералізація. Припускається, що фізіологічні мінеральні частинки відіграють важливу роль у функціонуванні мозку, а патологічні частки є причиною захворювань мозку. Обговорено можливі застосування описаних результатів для вирішення фундаментальних і прикладних проблем, пов’язаних із нанорозмірними частками в біологічних тканинах. Оскільки мінеральна компонента у високомінералізованих біологічних тканинах і мінеральні включення в слабомінералізованих тканинах мають структуру часток твердого тіла, відкривається можливість для використання строгих фізичних підходів для описання процесів у біологічних тканинах. Крім того, інформація про властивості нанорозмірних частинок твердого тіла, локалізованих у біологічних тканинах, відкриває можливості для створення технічних систем і пристроїв, які б використовували принципи функціонування біологічних тканин.

Ключові слова: нанорозмірні частинки, кістки, зубна емаль, мозкова тканина, електронний парамагнітний резонанс, гідроксилапатит, кальцит, оксиди заліза.

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

Цитована література (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 «ІМФ НАН України»