Een team van wetenschappers van het Lobachevsky University Department of Solid State Chemistry onder leiding van Dr. Evgeny Bulanov heeft een nieuwe methode ontwikkeld voor het verkrijgen van bismutbevattend apatiet en heeft de kristalstructuur en thermodynamische eigenschappen bestudeerd met als doel het gedrag ervan onder gebruiksomstandigheden te modelleren.

Materialen op basis van verbindingen met een kristallijne structuur van apatiet hebben een breed scala aan toepassingen, van meststoffen tot ionengeleiders. Dit komt door het feit dat bijna elk element van het periodieke systeem kan worden opgenomen in de structuur van dergelijke stoffen, wat resulteert in een verandering in de prestatiekenmerken van het materiaal.

Hydroxyapatiet met de formule Ca ₅ (PO ₄ )3OH wordt veel toegepast in de geneeskunde als basis voor materialen die worden gebruikt om botweefsel te herstellen. Het is chemisch en structureel vergelijkbaar met de anorganische component van het bot.

De studies van deze verbinding en zijn analogen zijn ongeveer 10 jaar uitgevoerd bij het UNN Department of Solid State Chemistry. Een van de nieuwste prestaties is de introductie van bismutatomen in de kristalstructuur van de verbinding. Bismut en zijn verbindingen vertonen antimicrobiële activiteit, daarom, bismutbevattend apatiet kan worden gebruikt om een ​​materiaal te produceren dat biocompatibiliteit en antimicrobiële eigenschappen combineert.

Om de stof te verkrijgen, een vaste-fasesyntheseschema werd voorgesteld, waardoor het mogelijk was om de temperatuur van het proces aanzienlijk te verlagen in vergelijking met de literatuurgegevens. De verfijning van de kristallijne structuur van de verbinding werd uitgevoerd door de Rietveld-methode waarmee de verdeling van atomen langs kristallografische posities kan worden bepaald. Deze verdeling is nodig om later de eigenschappen van de stof te kunnen verklaren.

Jevgeni Boelanov, senior onderzoeker bij het UNN Department of Solid State Chemistry, benadrukt dat het in het geval van biomaterialen niet alleen belangrijk is om manieren te vinden om een ​​stof te verkrijgen, maar ook om te weten hoe het materiaal zich zal gedragen onder bedrijfsomstandigheden.

"Thermodynamische modellering kan het antwoord op deze vraag geven. De experimenteel bepaalde standaard thermodynamische functies van bismutbevattend apatiet zullen worden gebruikt om mogelijke transformaties van de stof die al in het menselijk lichaam is geïmplanteerd te analyseren. Het is noodzakelijk voor het voorspellen van mogelijke negatieve gevolgen (vernietiging van het materiaal veroorzaakt door een verandering in de fasesamenstelling), ’ Evgeni Bulanov merkt op.

Onderzoekers van de Lobachevsky-universiteit hebben een aantal abnormale veranderingen ontdekt in de eigenschappen van de materialen in het lagetemperatuurgebied, die nadere studie vergen:de vorming van een bovenbouw in de buurt van 173 K, en een toename van de warmtecapaciteit bij temperaturen onder 8 K.