Биосовместимые материалы на основе фосфатов кальция-магния, допированных редкоземельными элементами, для лечения и неинвазивной диагностики заболеваний костной ткани

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-63-10056

НазваниеБиосовместимые материалы на основе фосфатов кальция-магния, допированных редкоземельными элементами, для лечения и неинвазивной диагностики заболеваний костной ткани

Руководитель Комлев Владимир Сергеевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №82 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента Российской Федерации» (междисциплинарные проекты)

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-603 - Фундаментальные основы создания новых металлических, керамических и композиционных материалов

Ключевые слова Фосфаты кальция, фосфаты магния, гидроксиапатит, витлокит, биокерамика, костные цементы, редкоземельные элементы, люминесценция, антибактериальные свойства, биосовместимость, неинвазивные методы диагностики

Код ГРНТИ31.17.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект нацелен на разработку многофункциональных биоматериалов на основе фосфатов кальция и магния, обеспечивающих регенерацию костной ткани и функциональность, направленную на повышение терапевтической и диагностической эффективности хирургического лечения травм и патологий костной системы. Актуальность подхода заключается в развитии научных представлений стратегии успешного персонализированного клинического лечения, включающего разработку широкого спектра биоматериалов, обладающих как различной скоростью резорбции, так и локальным терапевтическим эффектом, препятствующим развитию инфекционных и др. осложнений, и обеспечивающим эффективный мониторинг процессов восстановления кости и остеоинтеграции имплантата. Предлагается включение в биосовместимую биоактивную матрицу на основе фосфатов кальция-магния – ионов редкоземельных элементов (РЗЭ). Ионы РЗЭ обладают антибактериальной активностью, способностью к люминесценции в широком диапазоне электромагнитного излучения, парамагнитными свойствами. РЗЭ присутствуют в следовых количествах в человеческом организме, обладают высоким химическим сродством к кальцию в тканях и биомолекулах. С этих позиций получение твердых растворов на основе фосфатов магния и кальция с катионным гетеро- и изовалентным замещением ионами РЗЭ позволит наделить матрицу биоматериала характерными для РЗЭ и полезными для медицинского применения свойствами. Междисциплинарный проект предполагает получение широкого спектра биоактивных фаз - от устойчивых до резорбируемых в условиях организма за счет регулирования соотношения Са/Р и введения в ортофосфат кальция более растворимого фосфатномагниевого компонента. Предполагается изучение фундаментальных основ процессов изоморфного замещения в структуре полученных фосфатов кальция и магния, фазовых превращений и изменения морфологии, определение тонкой структуры: координационного окружения и предпочтительных мест локализации допантов, схем зарядовой компенсации. Планируется установить закономерности изменения люминесцентных свойств материалов в зависимости от вида и количества допирующего иона, что даст возможность определить преимущества использования разрабатываемых материалов для того или иного метода визуализации. С другой стороны, планируется исследовать растворимость полученных материалов в модельных жидкостях, оценить их цитосовместимость и антибактериальную активность в отношении ряда грамотрицательных и грамположительных бактерий для оценки локального терапевтического действия. Новизна предлагаемого решения определяется получением впервые систематических сведений о материалах на основе фосфатов кальция и магния, допированных рядом РЗЭ, включающее решение их структур, изучение термической устойчивости и фазовых переходов, установление корреляции между составом и люминесцентными и парамагнитными свойствами. Будут получены плотные и пористые керамические материалы, цементы с повышенными механическими свойствами и растворимостью. Впервые будут получены кальций-магний фосфатные материалы (станфилдит и витлокит) и цементы на их основе, допированные катионами РЗЭ. Практическая ценность предлагаемой работы обусловлена социальной значимостью в области здравоохранения, а также необходимостью импортозамещения на рынке биоматериалов для костной реконструкции. Предлагаемые решения соответствуют современному уровню развития технологий в биомедицинском материаловедении, а разрабатываемые материалы привлекательны, благодаря комплексу дополнительных важных свойств, обеспечивающих эффективное лечение дефектов костной ткани и продуктивный мониторинг восстановления поврежденной области.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Егоров А.А., Петракова Н.В., Никитина Ю.О., Демина А.Ю., Ашмарин А.А., Фомин А.С., Огарков А.И., Баринов С.М., Комлев В.С. Селенсодержащие кальцийфосфатные цементы МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, № 6, стр. 21-30 (год публикации - 2024)
10.31044/1684-579X-2024-0-6-21-30

2. Крохичева П.А., Гольдберг М.А., Фомин А.С., Хайрутдинова Д.Р., Антонова О.С., Баикин А.С., Леонов А.В., Мерзляк Е.М., Михеев И.В., Кирсанова В.А., Свиридова И.К., Ахмедова С.А., Сергеева Н.С., Баринов С.М., Комлев В.С. Zn-Doped Calcium Magnesium Phosphate Bone Cement Based on Struvite and Its Antibacterial Properties Materials, Vol. 16, P. 4824 (год публикации - 2023)
10.3390/ma16134824

3. Мальцев С.А., Баранов О.В., Никитина Ю.О., Петракова Н.В., Ашмарин А.А., Комлев В.С. ТРИКАЛЬЦИЙФОСФАТ, ДОПИРОВАННЫЙ ИОНАМИ Yb3+, Ho3+, Er3+, В КАЧЕСТВЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО МАТЕРИАЛА VIII Всероссийская конференция по наноматериалам. Москва. 21-24 ноября 2023 г. / Сборник материалов., с. 26-27 (год публикации - 2023)

4. Хайрутдинова Д.Р., Носова Е.Д., Крохичева П.А., Гольдберг М.А., Комлев В.С. Study of the Effect of Terbium on the Properties of Calcium Sulfate Cement Materials 6th International Conference on Physical Chemistry & Functional Materials 13-14 June 2023 Firat University ELAZIĞ / TÜRKİYE, 18, 100587 (год публикации - 2023)
10.1016/j.oceram.2024.100587

5. Хайрутдинова Д.Р., Крохичева П.А., Гольдберг М.А., Антонова О.С., Фомин А.С., Комлев В.С. Investigating The Phase Formation of Europium Ions Doped Calcium Magnesium Phosphates 2nd International Conference on New Trends in Science and Applications (NTSA 2023)/ BOOK OF ABSTRACT PROCEEDING (POSTER), с. 2 (год публикации - 2023)

6. Сенцова А.М., Хайрутдинова Д.Р., Крохичева П.А., Гольдберг М.А., Фомин А.С., Антонова О.С., Ашмарин А.А., Михеев И.В., Комлев В.С. Microstructure and Properties of Gadolinium-Magnesium-Calcium Phosphates with Whitlockite Structure 2nd International Conference on New Trends in Science and Applications (NTSA 2023)/ BOOK OF ABSTRACT PROCEEDING (POSTER), с. 7 (год публикации - 2023)

7. Крохичева П.А., Хайрутдинова Д.Р., Сенцова А.М., Гольдберг М.А., Комлев В.С. Crystal Structure of Stanfieldite Phase Doped with Europium Cations 2nd International Conference on New Trends in Science and Applications (NTSA 2023)/ BOOK OF ABSTRACT PROCEEDING (POSTER), с. 8 (год публикации - 2023)

8. Крохичева П.А., Гольдберг М.А., Комлев В.С. КАЛЬЦИЙ-МАГНИЙ ФОСФАТНЫЕ ЦЕМЕНТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ С АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ ДЛЯ ЗАМЕЩЕНИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ Образование и наука – стратегическая платформа для будущего Фармации: сборник тезисов, МГУ. – Москва: РУДН, 2023., с. 94-96 (год публикации - 2023)

9. Садовникова М.А., Мамин Г.В., Мурзаханов Ф.Ф., Гафуров М.Р., Петракова Н.В., Гольдберг М.А., Комлев В.С. Rare-earth-doped calcium phosphates for biomedical applications Abstracts of the international conferences “Modern Development of Magnetic Resonance” and “Spin Physics, Spin Chemistry, and Spin Technology”, с. 158-159 (год публикации - 2023)

10. Никитина Ю.О. Люминесцентные свойства европийсодержащих гидроксиапатитов ХX Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов». Москва. 17 октября – 20 октября 2023 г. / Сборник трудов., с.183 (год публикации - 2023)

11. Мальцев С.А. СИНТЕЗ И СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОРТОФОСФАТА КАЛЬЦИЯ, ДОПИРОВАННОГО ER3+ ХX Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов». Москва. 17 октября – 20 октября 2023 г. / Сборник трудов., с. 199-200 (год публикации - 2023)

12. Крохичева П.А. БИОСОВМЕСТИМЫЕ ЦЕМЕНТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ, ДОПИРОВАННЫЕ ИОНАМИ GD3+ ХX Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов». Москва. 17 октября – 20 октября 2023 г. / Сборник трудов., с. 195-196 (год публикации - 2023)

13. Гольдберг М.А., Гафуров М.Р., Максакова О.Н., Смирнов С.В., Форин А.С., Мурзаханов Ф.Ф., Комлев В.С. Peculiarities of charge compensation in lithium-doped hydroxyapatite Heliyon, 10, e25291 (год публикации - 2024)
10.1016/j.heliyon.2024.e25291

14. Демина А.Ю., Петракова Н.В., Мурзаханов Ф.Ф., Мамин Г.В., Никитина Ю.О., Садовникова М.А., Андреев С.О., Жуков А.В., Гафуров М.Р., Комлев В.С. Analysis of the thermal treatment efects of gadolinium-containing hydroxyapatite by EPR method Magnetic Resonance in Solids. Electronic Journal, Vol. 25, Is. 3, P. 1-11 (год публикации - 2024)
10.26907/mrsej-23303

15. Хайрутдинова Д.Р., Гольдберг М.А., Фомин А.С., Носова Е.Д., Крохичева П.А., Смирнов С.В., Егоров А.А., Коновалов А.А., Огарков А.И., Оболкина П.О., Баринов С.М., Комлев В.С. Effects of Tb3+ on Properties of Luminescent Calcium Sulfate Cement Open Ceramcis (год публикации - 2023)

16. Демина А.Ю. НОВЫЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИАПАТИТА ДЛЯ БИОИМИДЖИНГА ХX Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов». Москва. 17 октября – 20 октября 2023 г. / Сборник трудов., с. 203-204 (год публикации - 2023)

17. Крохичева П. А.*, Гольдберг М. А., Фомин А. С., Хайрутдинова Д. Р., Сенцова А.М., Комлев В. С. Magnesium Calcium Phosphate Materials Doped with Gd3+ for Bio Visualization Applications 7th International Conference on Physical Chemistry & Functional Materials, BOOK OF ABSTRACTS (год публикации - 2024)

18. Хайрутдинова Д.Р., Крохичева П.А., Сенцова А.М, Гольдберг М.А., Фомин А.С., Антонова О.А., Дейнеко Д.В., Комлев В.С. ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ МАГНИЙ-ЗАМЕЩЕННЫЕ ВИТЛОКИТОВЫЕ ЦЕМЕНТЫ, ДОПИРОВАННЫЕ ИОНАМИ ЕВРОПИЯ Всероссийская конференция по люминесценции LUMOS-2024. Сборник тезисов (год публикации - 2024)

19. Гольдберг М.А., Крохичева П.А., Хайрутдинова Д.Р., Фомин А.С., Баринов С.М., Комлев В.С. ПОДХОДЫ К СОЗДАНИЮ КАЛЬЦИЙ-МАГНИЙ ФОСФАТНЫХ ЦЕМЕНТОВ, ОБЛАДАЮЩИХ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫМИ СВОЙСТВАМИ Всероссийская конференция по люминесценции LUMOS-2024. Сборник тезисов (год публикации - 2024)

20. Зобкова Ю.О., Петракова Н.В., Комлев В.С., Лысенков А.С., Козюхин С.А., Рогачев А.В., Свиридова И.К., Сергеева Н.С. ЦЕРИЙСОДЕРЖАЩИЙ ГИДРОКСИАПАТИТ ДЛЯ КОСТНОЙ ХИРУРГИИ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЙ ЛОКАЛЬНОЙ ТЕРАПИИ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ Всероссийская конференция по люминесценции LUMOS-2024. Сборник тезисов (год публикации - 2024)

21. Крохичева П.А., Хайрутдинова Д.Р., Гольдберг М.А., Фомин А.С., Сенцова А.М., Баикин А.С., Баринов С.М., Комлев В.С. ПОДХОДЫ К СОЗДАНИЮ ИНЖЕКТИРУЕМЫХ КАЛЬЦИЙ-МАГНИЙ ФОСФАТНЫХ ЦЕМЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ВЕРТЕБРОПЛАСТИКИ XXII МЕНДЕЛЕЕВСКИЙ СЪЕЗД ПО ОБЩЕЙ И ПРИКЛАДНОЙ ХИМИИ Посвящённый 190-летию Д.И. Менделеева и 300-летию основания Российской академии наук, СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ (год публикации - 2024)

22. Комлев В.С. БИОСОВМЕСТИМЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ ДЛЯ РЕГЕНЕРАТИВНОЙ МЕДИЦИНЫ И ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ 6-Я РОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО МЕДИЦИНСКОЙ ХИМИИ. Сборник тезисов (год публикации - 2024)

23. Садовникова М.А., Мамин Г.В., Мурзаханов Ф.Ф., Петракова Н.В., Гафуров М.Р. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОКСИАПАТИТА С ПРИМЕСНЫМИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ МЕТОДОМ СПЕКТРОСКОПИИ ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА XXXI Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов—2024». Секция «Физика». Сборник тезисов., стр. 735-736 (год публикации - 2024)

24. Крохичева П.А., Гольдберг М.А., Фомин А.С., Хайрутдинова Д.Р., Антонова О.С., Садовникова М.А., Михеев И.В., Леонов А.В., Мерзляк Е.М., Ковалишина Д.А., Ахмедова С.А., Сергеева Н.С., Гафуров М.Р., Баринов С.М., Комлев В.С. Gadolinium-doped injectable magnesium-calcium phosphate bone cements for noninvasive visualization Journal of Magnesium and Alloys, Krokhicheva PA, Goldberg MA, Fomin AS, Khayrutdinova DR, Antonova OS, Sadovnikova MA, Mikheev IV, Leonov AV, Merzlyak EM, Kovalishina DA, Akhmedova SA. et al. Gadolinium-doped injectable magnesium-calcium phosphate bone cements for noninvasive visualization. Journal of Magnesium and Alloys. 2024 Sep 1;12(9):3698-716. (год публикации - 2024)
10.1016/j.jma.2024.09.002

25. Сидоров И.Д., Миннебаев Т.М., Олейникова Е.И., Низамутдинов А.С., Пудовкин М.С., Гафуров М.Р., Никитина Ю.О., Демина А.Ю., Петракова Н.В., Комлев В.С. Люминесценция порошков гидроксиапатита кальция и трикальцийфосфата, допированных Eu3+ Журнал технической физики, том 94, вып. 3, стр. 452-456 (год публикации - 2024)
10.61011/JTF.2024.03.57384.317-23

26. Крохичева П.А., Хайрутдинова Д.Р., Сенцова А.М., Мурзаханов Ф.Ф., Фомин А.С., Антонова О.С., Гольдберг М.А., Гафуров М.Р., Комлев В.С. ДОПИРОВАННЫЕ Gd3+ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ФАЗЫ СТАНФИЛДИТ ДЛЯ БИОМЕДИЦИНСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ Всероссийская конференция по люминесценции LUMOS-2024. Сборник тезисов (год публикации - 2024)

27. Мальцев С.А. ОДНО- И ДВУХАКТИВАТОРНЫЙ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ТРИКАЛЬЦИЙФОСФАТА XXI Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» (с международным участием). СБОРНИК ТРУДОВ конференции (год публикации - 2024)

28. Крохичева П.А., Хайрутдинова Д.Р., Гольдберг М.А., Фомин А.С., Сенцова А.М., Комлев В.С. СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ФАЗЫ СТАНФИЛДИТ, ДОПИРОВАННЫХ Gd3+, ДЛЯ ЗАМЕЩЕНИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ Тезисы Всероссийской конференции «VIII Российский день редких земель» (год публикации - 2024)

29. Комлев В.С., Парфенов В.А., Каралкин П.А., Петров С.В., Перейра Ф.Д.А.С., Кудан Е.В., Левин А.А., Гольдберг М.А., Федотов А.Ю., Смирнов И.В., Каприн А.Д., Сергеева Н.С., Свиридова И.К., Кирсанова В.А., Ахмедова С.А., Мамин Г.В., Гафуров М.Р., Гурин А.Н., Хесуани Ю.Д., Урличич Ю.М. Space manufacturing of a bone tissue destined for patients on Earth? Biomedical Technology, 9, 100064 (год публикации - 2024)
10.1016/j.bmt.2024.10.004

30. Крохичева П.А., Свиридова И.К., Гольдберг М.А., Хайрутдинова Д.Р., Ахмедова С.А., Кирсанова В.А., Сергеева Н.С., Комлев В.С. Подходы к созданию биорезорбируемых цементных материалов для замещения костных дефектов Материалы VI Национального конгресса по регенеративной медицине [электронный ресурс], стр. 516-517 (год публикации - 2024)
10.17816/morph.konf2024

31. ПЕТРОВА А.А., МУРЗАХАНОВ Ф.Ф., МАМИН Г.В., ГНЕЗДИЛОВ О.И., ГАФУРОВ М.Р. АНАЛИЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ БИОМАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ ДЛЯ ЗАМЕЩЕНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ ИТОГОВАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПРОФЕССОРСКО-ПРЕПОДАВАТЕЛЬСКОГО СОСТАВА ИНСТИТУТА ФИЗИКИ КАЗАНСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА Сборник избранных тезисов, стр. 91 (год публикации - 2024)

32. Хайрутдинова Д.Р., Гольдберг М.А., Крохичева П.А., Дейнеко Д.В., Фомин А.С., Сенцова А.М., Антонова О.С., Коновалов А.А., Донская Н.О., Лебедев В.Н., Михеев И.В., Аксенов С.А., Кудрявцев Е.А., Лобанов М.В., Возисова А.О., Зеленихин П.В., Баринов С.М., Комлев В.С. Luminescent magnesium bone whitlockite nanopowders doped with europium ions Optical Materials, 2025. V. 160. P. 116736. (год публикации - 2025)
https://doi.org/10.1016/j.optmat.2025.116736

33. Запалацкая Е.И., Сидоров И.Д., Гафуров М.Р., Зобкова Ю. О., Петраков Н. В., Комлев В. С. Temperature Dependence of the Luminescence Lifetime of Calcium Hydroxyapatite Doped with Eu3+ Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Vol. 89, No. 12, pp. 2453–2457 (год публикации - 2025)
10.1134/S1062873825713819

34. Зобкова Ю.О., Петракова Н.В., Баранов О.В., Егоров А.А., Котяков А.А., Баринов С.М., Комлев В.С. Синтез, структура и свойства порошков на основе трикальцийфосфата, модифицированного ионами РЗЭ ХХVII Всероссийская конференция молодых учёных-химиков (с международным участием): тезисы докладов (год публикации - 2024)

35. Хайрутдинова Д.Р., Крохичева П.А., Сенцова А.М., Гольдберг М.А., Фомин А.С., Комлев В.С. ОСОБЕННОСТИ ФАЗООБРАЗОВАНИЯ КАЛЬЦИЙ-МАГНИЙ ФОСФАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ДОПИРОВАННЫХ ИОНАМИ ГА ДОЛИНИЯ Тезисы Всероссийской конференции «VIII Российский день редких земель» (год публикации - 2024)

36. Шуртакова Д., Мамин Г., Петракова Н., Баранов О., Федотов А., Комлев В., Гафуров М. Models of the Impurity Nitrogen Centers in Octacalcium Phosphate from the Density Functional Theory Calculations Arabian Journal for Science and Engineering (год публикации - 2024)
10.1007/s13369-024-09572-8

37. Садовникова М. А., Мамин Г. В., Мурзаханов Ф. Ф., Петракова Н. В., Комлев В. С., Гафуров М. Р. Study of the hydroxyapatite doped with gadolinium and cerium ions using EPR spectroscopy Magnetic resonance and its applications. 21th International School-Conference, Schola Spinus., С. 143-145 (год публикации - 2024)

38. Сидоров И.Д., Миннебаев Т.М., Олейникова Е.И., Низамутдинов А.С., Пудовкин М.С., Гафуров М.Р., Никитина Ю.О., Демина А.Ю., Петракова Н.В., Комлев В.С. СПЕКТРАЛЬНО-КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРОШКОВ ГИДРОКСИАПАТИТА КАЛЬЦИЯ И ТРИКАЛЬЦИЙФОСФАТА ПРИ ДОПИРОВАНИИ Eu3+ Всероссийская конференция по люминесценции LUMOS-2024. Сборник тезисов (год публикации - 2024)

39. А.М. Сенцова, П.А. Крохичева, Д.Р. Хайрутдинова, О.С. Антонова, А.С. Фомин, М.А. Гольдберг, С.М. Баринов, В.С. Комлев ДОПИРОВАННЫЕ ГАДОЛИНИЕМ КАЛЬЦИЙМАГНИЙФОСФАТЫ - ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ЛЮМИНОФОРЫ ДЛЯ БИОМЕДИЦИНЫ Всероссийская конференция по люминесценции LUMOS-2024. Сборник тезисов (год публикации - 2024)

40. Крохичева П.А. КОСТНЫЕ ЦЕМЕНТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ КАЛЬЦИЙМАГНИЙ ФОСФАТОВ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ БИОВИЗУАЛИЗАЦИИ XXI Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» (с международным участием). СБОРНИК ТРУДОВ конференции (год публикации - 2024)

41. Мальцев С.А., Петракова Н.В., Зобкова Ю.О., Баранов О.В., Фомин А.С., Ашмарин А.А., Комлев В.С. Кальций-фосфатный материал для замещения костных дефектов с возможностью люминесцентной диагностики Материалы VI Национального конгресса по регенеративной медицине [электронный ресурс], стр. 606-607 (год публикации - 2024)
doi.org/10.17816/morph.konf2024

42. Петракова Н.В., Зобкова Ю.О., Пенкина Т.Н., Комлев В.С., Свиридова И.К., Ахмедова С.А., Сергеева Н.С. Медьсодержащие трикальцийфосфаты с антибактериальной активностью для замещения костных дефектов Материалы VI Национального конгресса по регенеративной медицине [электронный ресурс], Стр. 762-763 (год публикации - 2024)
10.17816/morph.konf2024

43. Петрова А.А., Мурзаханов Ф.Ф., Мамин Г.В., Гнездилов О.И., Фадеева И.В., Гафуров М.Р. Investigation of polyvinylpyrrolidone—hydroxyapatite composites by NMR and EPR methods Magnetic Resonance and its Applications. Spinus-2024. Proceedings. , стр. 301-304 (год публикации - 2024)

44. Садовникова М.А., Мамин Г.В., Мурзаханов Ф.Ф., Гольдберг М.А., Петракова Н.В., Комлев В.С. , Гафуров М.Р. Study of hydroxyapatite doped with rare earth ions by various EPR spectroscopy techniques Abstracts of the International Conference “Magnetic resonance – current state and future perspectives (EPR-80), стр. 218 (год публикации - 2024)

45. Садовникова М. А., Мамин Г. В., Мурзаханов Ф. Ф., Петракова Н. В., Комлев В. С., Гафуров М. Р Исследование гидроксиапатита, легированного ионами гадолиния и церия, методом ЭПР-спектроскопии Сборник: ФизикА.СПб: тезисы докладов международной конференции, стр. 56 (год публикации - 2024)

46. Гольдберг М.А., Крохичева П.А., Хайрутдинова Д.Р., Фомин А.С., Антонова О.С., Свиридова И.К., Кирсанова В.А., Ахмедова С.А., Сергеева Н.С., Комлев В.С. Calcium-magnesium phosphate cements for bone tissue regeneration Сборник материалов Международная конференция «Биоматериалы: от исследований к практике» (BioMATs 2025). – М.: ИМЕТ РАН. – 22-25 сентября 2025 г. , C.23-24 (год публикации - 2025)

47. Гольдберг М.А., Крохичева П.А., Садовникова М.А., Гафуров М.Р., Комлев В.С. Calcium and magnesium phosphates bone cements for biovisualization and theranostic applications Biophysical Reviews, P. 1-14 (год публикации - 2025)
10.1007/s12551-025-01369-9

48. Мальцев С.А., Петракова Н.В., Комлев В.С. Люминесценция порошков Са3-2x(PO4)2:Nax,Lnx(Ln=Yb,Er) Сборник материалов Международная конференция «Биоматериалы: от исследований к практике» (BioMATs 2025). – М.: ИМЕТ РАН. – 22-25 сентября 2025 г. , С.151-152 (год публикации - 2025)

49. Сергеева Н.С., Крохичева П.А., Свиридова И.К., Гольдберг М.А., Хайрутдинова Д.Р., Ахмедова С.А., Кирсанова В.А., Антонова О.С., Фомин А.С., Михеев И.В., Леонов А.В., Каралкин П.А., Родионов С.А., Баринов С.М., Комлев В.С., Каприн А.Д. Hyaluronan-Containing Injectable Magnesium–Calcium Phosphate Cements Demonstrated Improved Performance, Cytocompatibility, and Ability to Support Osteogenic Differentiation In Vitro International Journal of Molecular Sciences, V.26, P.6624. (год публикации - 2025)
https://doi.org/10.3390/ijms26146624

50. Кузнецова П.Д., Петракова Н.В., Мальцев С.А., Жуков А.В., Чижевская С.В., Комлев В.С. Гидроксиапатит кальция, допированный неодимом, для медицинского применения Успехи в химии и химической технологии, Том XXXIX. – С. 58. (год публикации - 2025)

51. Баранов О.В., Зобкова Ю.О., Петракова Н.В., Егоров А.А. , Федотов А.Ю., Комлев В.С. Церийсодержащий октакальциевый фосфат с люминесцентными свойствами для медицинского применения Труды Третьего международного конгресса “CRISPR-2025”, 5 - 10 октября 2025 года, Ереван, Армения, с.107 (год публикации - 2025)
10.18699/CRISPR-2025-107

52. Гафуров М.Р., Садовникова М.А., Мамин Г.В., Гольдберг М.А., Петракова Н.В., Мальцев С.А., Донская Н.О., Крохичева П.А., Комлев В.С. Мультичастотный электронный парамагнитный резонанс в изучении биогенных и синтетических замещенных фосфатов кальция Сборник материалов Международная конференция «Биоматериалы: от исследований к практике» (BioMATs 2025). – М.: ИМЕТ РАН. – 22-25 сентября 2025 г, С.20-21 (год публикации - 2025)

53. Петракова Н.В., Зобкова Ю.О., Мальцев С.А., Кузнецова П.А., Егоров А.А., Низамутдинов А.С., Пудовкин М.С., Гафуров М.Р., Комлев В.С. Многофункциональные биоматериалы на основе фосфатов кальция для регенерации и неинвазивной диагностики заболеваний костной ткани Сборник материалов Международная конференция «Биоматериалы: от исследований к практике» (BioMATs 2025). – М.: ИМЕТ РАН. – 22-25 сентября 2025 г. , С.134-135 (год публикации - 2025)

54. Хайрутдинова Д.Р., Гольдберг М.А., Дейнеко Д.В., Крохичева П.А.,Фомин А.С., Антонова О.С., Комлев В.С. Материалы на основе фазы витлокит, содержащие ионы неодима, для биовизуализации Сборник материалов Международная конференция «Биоматериалы: от исследований к практике» (BioMATs 2025). – М.: ИМЕТ РАН. – 22-25 сентября 2025 г. , С.141-143 (год публикации - 2025)

55. Никишина Е.Е., Тихолюк В.О., Хайрутдинова Д.Р., Комлев В.С. Цементные материалы на основе системы фосфат магния - фосфат кальция, допированные ионами европия Сборник материалов Международная конференция «Биоматериалы: от исследований к практике» (BioMATs 2025). – М.: ИМЕТ РАН. – 22-25 сентября 2025 г. , С.133-134 (год публикации - 2025)

56. Кузнецова П.Д. Синтез гидроксиапатита кальция, допированного неодимом, с люминесцентными свойствами Сборник трудов XXII Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов "Физико-химия и технология неорганических материалов". - М.: ИМЕТ РАН. - 11-14 ноября 2025 г. , С.175-176 (год публикации - 2025)

57. Мальцев С.А. Двухактивированные ИК-люминофоры на основе трикальцийфосфата Сборник трудов XXII Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов "Физико-химия и технология неорганических материалов". - М.: ИМЕТ РАН. - 11-14 ноября 2025 г. , С.178-179 (год публикации - 2025)

58. Садовникова М.А., Мамин Г.В., Шуртакова Д.В., Гольдберг М.А., Петракова Н.В., Комлев В.С., Гафуров М.Р. Effect of rare earth impurities on structural properties of calcium phosphate-based materials by EPR spectroscopy Proceedings 22nd International School-Conference "Magnetic Resonance and its Applications Spinus, 31 March — 4 April, 2025 Saint Petersburg, Russia, C.241-242 (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Методом осаждения синтезированы наноразмерные порошки ГА и ТКФ с катионным замещением ионов кальция на ионы Eu, Nd, Gd, Er, Yb, Ho в количестве до 10 мол. % (0.1, 0.25, 0.5, 1, 2.5, 5, 10 % по отношению к атомам Са в молекулах ГА/ТКФ), а также серии составов Eu-ГА, Nd-ГА и NdТКФ с полной линейкой концентраций катионов в матрице: от 100 % Са до 100 % Eu/Nd (0, 1, 5, 10, 25, 50, 75, 90, 100 %). Методом осаждения синтезированы КМФ материалы с соотношением (Ca+Mg)/P=1.67, в том числе допированные ионами Gd3+ и Eu3+ до 1.0 ат. %. Проведен комплексный анализ фазового и химического состава продуктов синтеза и термообработки (т/о) следующими методами: рентгенофазового анализа (РФА), ИК-спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), сопряженных с энергодисперсионным микроанализом (ЭДА), методами аналитической химии оценено содержание допантов, методами БЭТ и лазерной гранулометрии оценены размеры частиц порошков. В результате партнерства с КФУ проведена оценка сверхтонкой структуры с помощью методов электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР); проведены регистрация спектров люминесценции и анализ спектрально-кинетических характеристик (СКХ) люминесценции материалов КФ и КМФ, полученных на этапе, при различных режимах оптического возбуждения. На примерах серий Eu-ГА и NdГА с помощью РФА и ИК-спектроскопии материалов после синтеза и т/о при 700, 1000, 1300 °С показано немонотонное изменение фазового состава: от структуры типа апатита через твердые растворы с РЗЭ до основного фосфата или оксофосфатов. С помощью ПЭМ и СЭМ-исследований показано частичное распределение Eu в составе ГА, а также его сегрегация в отдельной Eu-содержащей фазе в виде фосфата. Для систем Gd-ГА, Er-ГА, Ho-ГА, Yb-ГА показано соответствие структуре ГА, иных кальцийфосфатных фаз не выявлено, поскольку концентрационный ряд допанта для данных составов был невысокий (до 2.5 мол.%) с целью попасть в предел концентрационного тушения люминесценции. Установлено, что ряд Gd-ГА монофазен, однако параметры кристаллической решетки меняются незначительно. В сериях Er-ГА, Ho-ГА, Yb-ГА выявлено наличие оксида допанта при концентрациях допанта выше 1 мол. %. Для систем на основе ТКФ стабильность при 1300 °С β-формы ТКФ рассматривали как свидетельство встраивания допанта в структуру матрицы ТКФ. Так, для всех серий ТКФ показана концентрация допанта, окончательно стабилизирующую β-форму. Анализ фазового состава расширенной линейки NdТКФ показал, что в ряду малых концентраций допанта (до 5 %) формируется смесь α- или β-ТКФ, в серединных концентрациях (5-10 %) - изоструктурный тип β-ТКФ с твердым раствором Nd, при больших концентрациях (выше 25 %) превалирует основной фосфат Nd с примесью фосфата Nd7P3O18. С помощью ПЭМ-исследований показано, что в результате синтеза Eu-ТКФ получены низко закристаллизованные осадки, индексируемые как ГА, но с соотношением (Ca+Eu)/P~1.50, что в следующей стадии термообработки позволяет получить закристаллизованный материал со структурой α- или β-ТКФ. В осадках после синтеза выявлена сегрегация Eu в отдельной аморфной фазе, тогда как в керамике (1300 °С) областей сегрегации Eu не обнаружено. Для всех материалов регистрировали спектры фотолюминесценции (ФЛ) при длинах волн возбуждения матрицы (260-270 нм) или характерных для возбуждения допанта. Съемку производили как для порошков после синтеза, так и после т/о при 1300 °С. Спектры ФЛ осадков значительно менее интенсивные, чем закристаллизованных материалов. Наиболее разрешенные Штарковские компоненты получены для составов EuГА и EuТКФ (т/о 1300 °С). Проведена спектрально-кинетическая характеризация составов. Для некоторых составов получены сведения о лимите концентрации активатора, вызывающего тушение люминесценции, для некоторых – полученное содержание допанта не являлось предельным, планируется его увеличить на следующем этапе; для Er/Yb/Ho-содержащих ГА/ТКФ планируется также использовать другие длины волн возбуждения для выявления ФЛ. Методом ЭПР установлено, что ионы эрбия встраиваются в кристаллическую решетку ГА в данном методе синтеза. Для образцов ГА допированных Er, Nd, Eu, подвергавшихся т/о при 1300⁰С, после облучения рентгеновским источником наблюдается сигнал от карбонатного радикала, а для образцов, не подвергавшихся т/о, наблюдается спектр азотного радикала. Получены динамические характеристики радиационно-индуцированных центров, а также параметры спинового гамильтониана. Выявлено, что допирование ГА ионами Gd приводит к двухкомпонентным релаксационным зависимостям, что указывает на гетерофазность получаемых систем. Установлено, что после синтеза и сушки порошки КМФ сформированы витлокитоподобной фазой, в то время как после т/о при 1150 °С происходит формирование фазы станфилдита и MgO. Наличие ионов Eu3+ не приводит к образованию побочных фаз. Ионы Eu3+ преимущественно замещают позиции ионов Ca2+ в положениях Са(1), Са(3) и Са(4). При росте концентрации Eu3+ возрастает количества фазы MgO. В ИК-спектрах наблюдаются полосы OH-, PO43- и CO3- групп. После т/о появляются полосы P-O-P. По данным СЭМ, материалы, недопированные ионами Eu3+, характеризуются чешуйчатой морфологией с размером частиц 100-200 нм. При введении ионов Eu3+ формируются агломераты из наночастиц размером не более 200 нм. Наибольшей Sуд обладают образцы, содержащие 0.5 ат.% ионов Eu3+ (53 м2/гр), при 1.0 ат.% Eu3+ Sуд снижается до 13-19 м2/гр. После т/о и помола порошки сформированы агломератами, состоящими из 2-х фракций частиц: с оскольчатой морфологией размером 10-20 мкм, а также пластинчатых и призматических частиц размером 2-5 мкм. При увеличении содержания Eu3+ размер частиц возрастал. На спектрах ФЛ образцов наблюдалось классическое свечение Eu3+, с ростом концентрации Eu3+ интенсивность свечения ФЛ увеличивается. Образцы после т/о имеют более яркую интенсивность свечения, что связано с увеличением кристалличности образца. Пики люминесценции становятся более разрешенными. Установлена кинетика затухания люминесценции. Получены порошки, содержащие ионы Gd3+ , на основе фаз станфилдита и MgO. При увеличении содержания Gd3+ параметры a и b элементарной ячейки, а также угол β возрастают. Ионы Gd3+ преимущественно замещают положения ионов Ca2+ : Са(1), Са(3) и Са(4). На ИК- спектрах порошков присутствуют полосы OH-, PO43-,CO3- и P-O-P групп. Размер частиц составлял 20–30 мкм, Gd равномерно распределен в частицах. Анализ спектров ЭПР для разных концентраций Gd3+ в образцах показал его наличие в структуре образца. Анализ интенсивностей спектров ЭПР указывает на то, что предложенный метод синтеза позволять внедрить в структуру станфилдита заявленную при ходе химического синтеза величину примесных центров.

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
- Получена плотная керамика на основе ГА, содержащая Eu и Nd (0, 1, 5, 10, 25 мол. %), и керамика на основе ТКФ, содержащая Eu, Nd, Yb и Gd (0, 1, 5, 10, 25 мол.%), в связи с тем, что интенсивность их свечения наибольшая в ряду ГА-РЗЭ и ТКФ-РЗЭ, а фазовый состав отличается меньшим количеством примесей. Показано, что для керамики составов Eu-ГА, Nd-ГА и Yb-ТКФ, Gd-ТКФ с увеличением содержания допанта (до 1-5 мол. % РЗЭ) происходит увеличение усадки, относительной плотности и прочности при изгибе керамики, с дальнейшим ростом содержания РЗЭ – показатели снижаются. Это связано с изменением фазового состава: для ГА в диапазоне 0-5 мол. % РЗЭ материалы монофазные, индексируются как твердые растворы допанта с матрицей апатита кальция, с ростом содержания допанта – наличествуют примеси Ca4Eu(PO4)3O со структурой апатита (для Eu-ГА) и Nd2O3 тригональной модификации (для Nd-ГА); для керамики составов Yb-ТКФ и Gd-ТКФ наблюдается наличие фосфата соответствующего допанта в матрице ортофосфата кальция тригональной модификации, количество которого растет монотонно от 2 до 10 об. % при содержании допанта от 5 до 25 мол. %. Динамика изменения свойств керамики Eu-ТКФ и Nd-ТКФ значительно ниже ввиду отсутствия стадии предварительной термообработки порошков перед прессованием, что привело к разупрочнению материала в начале спекания вследствие удаления продуктов разложения кристаллизационной воды и нитрата аммония. Для всех составов выявлено выраженное ингибирующее действие допантов на рост частиц керамики при спекании. - Получены пористые керамические гранулы ряда составов для использования на следующем этапе проекта. Показано, что динамика выхода допанта зависит от его концентрации в составе гранул: с ростом содержания выход более интенсивный. Выявлен оптимальный размер фракции гранул как наиболее эффективный для наблюдения в подобных экспериментах, поскольку показывает более активную динамику высвобождения катионов (по сравнению с более крупными фракциями) и более точные результаты (по сравнению с более мелкой фракцией). - В продолжении изучения люминесцентных свойств ФК-материалов выявлено следующее. Для образцов Eu-ГА (до 10 мол. %) наблюдается увеличение температурной чувствительности с увеличением концентрации допанта. При этом температурная зависимость времени жизни люминесценции может быть аппроксимирована линейной функцией, что делает данный материал перспективным для целей температурной сенсорики. У образцов Eu-ТКФ наблюдается усложнение характера температурной зависимости с увеличением концентрации допанта. Для образцов Gd-ГА (до 10 мол. %) установлен значительный рост интенсивности свечения в характеристической области (310-315 нм) при возбуждении 270 нм; концентрационного тушения не наблюдается. В результате проведенных исследований люминесценции образцов Yb-ТКФ и Er-ТКФ обнаружена люминесценция в области 980-1030 нм. При этом для образца с двойным допированием Yb/Er при возбуждении на длине волны 980 нм была обнаружена апконверсионная (антистоксова) люминесценция с линиями около 530 нм и 550 нм. Спектры люминесценции однодопированных образцов Yb-ТКФ показали изменение формы спектра с изменением длины волны возбуждения, что может свидетельствовать о сложном характере внедрения примеси Yb3+ в матрицу ТКФ, в частности, о формировании нескольких типов неэквивалентных примесных центров. - Получены костные цементы в системе фосфаты магния-фосфаты кальция с соотношением (Ca+Mg)/P=1.5 и содержанием Mg до 10 масс.%., а также (Ca+Mg)/P=1.67 с содержанием Mg до 60 масс.%. Цементные порошки первой системы характеризовались формированием Ca2.81Mg0.19(PO4)2, второй системы - станфилдит Mg3Ca3(PO4)4 и оксида магния MgO, материалы содержали 0, 0.5 и 1.0 ат. % Gd и 0, 0.1, 0.5 и 1.0 ат. % Eu. Для первой системы в качестве цементной жидкости был использован раствор Mg(H2PO4)2∙4H2O ( pH=3.0±0.1), для второй - раствор NaH2PO4 (pH = 3.4 ± 0.1); соотношение порошок: жидкость = 2:1. Цементы системы (Ca+Mg)/P=1.5 характеризовались фазами монофосфата моногидрата Ca(H2PO4)∙H2O, ньюбериита Mg(HPO4)∙3H2O и витлокита Ca2.81Mg0.19(PO4)2, независимо от допанта, временем схватывания 3-4 мин, уровнем рН 5,8-6,1, повышением температуры при затворении не более, чем на 5 °С. Материалы, содержащие Eu, показали прочность до 6.0±0.2 МПа. Благодаря дополнительному помолу цементных порошков, прочностью Gd-цементов была 10-12 МПа. Микроструктура материалов представляла собой цементную матрицу с порами размером 5-15 мкм, в которой присутствуют ромбовидные (для Eu) или игольчатые (для Gd) кристаллы. Согласно ЭПР, ионы Gd включены в кристаллическую решетку витлокита и имеют координационное число кислорода в структуре ≥6. - Получены спектры ФЛ возбуждения образцов Eu- цементов системы (Ca+Mg)/P=1.5. Спектры всех образцов состоят из интенсивной полосы в диапазоне 220-300 нм, что относится к полосе переноса заряда (ПТЗ) от 2p-состояний O2– к не полностью заполненным 4f-состояниям Eu3+. В спектрах также наблюдали ряд узких полос при 300-500 нм, обусловленных f-f переходами внутри 4f-оболочки Eu3+. Интенсивность ПТЗ выше по сравнению с внутриконфигурационным переходом 7F0 → 5L6, и эта тенденция не зависит от концентрации Eu3+. - Цементы системы (Ca+Mg)/P=1.67 состояли из станфилдита, брушита CaHPO4•3H2O и ньюбериита. По мере роста концентрации ионов Eu в цементах снижалось содержание станфилдита, время схватывания существенно увеличилось- от 18 до 35 мин. Ведение Gd не приводило к изменению времени схватывания (15-18 мин). Цементы системы (Ca+Mg)/P=1.67 характеризовались уровнем pH 6.5-7.2. При затворении температура росла не более, чем на 9°С. Прочность при сжатии составляла 11- 15 МПа Gd-цементов, и 26-40 МПа – для Eu-цементов. По данным РЭМ, для всех Eu-цементов формируется цементирующая матрица с отдельными включениями частиц размером 5-15 мкм. Обнаружены поры 10-25 мкм, по мере роста Eu размер пор снижается. Gd-содержащих цементы состояли из призматических кристаллов размером до 1.0–1.5 мкм, в ряду концентраций Gd форма кристаллов изменялась от сглаженной до более ограненной, размер рос до 20 мкм. - Для Eu-цементов наблюдается классическое свечение ионов Eu3+ с уровня 5D0 на подуровни основного состояния при оптическом возбуждении 394нм (7F0 – 5L6). Интенсивность свечения увеличиваются с ростом концентрации Eu3+. Записаны кинетики затухания ФЛ образцов цементов на длине волны 700 нм при возбуждении ионов Eu3+ на длине волны 394нм (7F0 – 5L6) Время затухания ФЛ Eu3+ падало с ростом концентрации люминесцирующих центров. На основании отсутствия соответствующих сигналов в спектрах ЭПР исследуемых Eu-содержащих образцов можно сделать вывод, что ионы европия входят в структуру цементных материалов в трехвалентном состоянии (Eu3+). Подтверждено внедрение иона Gd3+ в кристаллическую решетку станфилдита, допант имеет координационное число кислорода в структуре ≥6.

Публикации