Synteza oraz badania fizykochemiczne i biologiczne krystalicznych fosforanów wapnia podstawionych różnorodnymi jonami.

Głównym celem tego projektu jest opracowanie nowych krystalicznych fosforanów wapnia wzbogaconych w różnorodne jony o potencjalnym znaczeniu biomedycznym. Następnym podstawowym celem projektu jest opracowanie materiałów dwu- i wielofazowych o różnej charakterystyce uwalniania tych jonów.
Badania podstawowe realizowane w ramach projektu: Synteza różnych krystalicznych fosforanów wapnia (hydroksyapatytu (HA), ortofosforanów wapnia (βTCP oraz αTCP) wodorofosforanów wapnia (bezwodnego CaHPO4 (DCPA) oraz dwuwodnego CaHPO4∙2H2O (DCPD)) zawierających domieszki „obcych” jonów: kationów I, II lub III-wartościowych (np. K+ , Ag+ , Zn2+, Mn2+, Mg2+, Cu2+, Ga3+) oraz różnorodnych anionów (np. SeO3 2- , SeO4 2- , SiO4 4- , BO3 3- ). Zbadanie struktury i składu chemicznego otrzymanych podstawionych materiałów fosforanowowapniowych oraz badania fizykochemiczne tych materiałów. Planowane metody badawcze: rentgenowska dyfraktometria proszkowa (PXRD), spektroskopia w średniej podczerwieni (FT-IR), spektroskopia Ramana (R), spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego w ciele stałym (ssNMR), atomowa spektrometria absorpcyjna (ASA), fluorescencja rentgenowska z dyspersją fali (WD XRF) oraz spektrometria emisyjna ze wzbudzeniem plazmy (ICP OES). Analiza uwalniania jonów z otrzymanych materiałów (metoda spektrometrii mas ze wzbudzeniem plazmy ICP MS). Opracowanie materiałów dwu- oraz wielofazowych opartych o otrzymane podstawione materiały fosforanowo-wapniowe charakteryzujących się różną szybkością uwalniania obcych jonów. Ocena właściwości biologicznych otrzymanych materiałów. Powody podjęcia tematyki badawczej: Fosforany wapnia stanowią grupę nieorganicznych materiałów o istotnym znaczeniu w implantologii, medycynie regeneracyjnej oraz stomatologii. W ludzkich tkankach zmineralizowanych (tj. kościach, szkliwie, zębinie czy cemencie zębowym) nieorganicznym budulcem zapewniającym im twardość jest tzw. apatyt biologiczny czyli nanokrystaliczny hydroksyapatyt węglanowy zawierający wiele różnorodnych podstawień jonowych. Dlatego też syntetyczne materiały kościozastępcze, powłoki implantów metalicznych, cementy dokostne czy materiały stomatologiczne często zawierają w swym składzie fosforany wapnia, które zapewniają biokompatybilność, bioaktywność i niską cytotoksyczność. Od wielu lat najpopularniejszy wśród syntetycznych fosforanów wapniowych, hydroksyapatyt (HA) o wzorze sumarycznym Ca10(PO4)6(OH)2, a jednocześnie najsłabiej resorbowalny, skutecznie poddaje się domieszkowaniu różnymi jonami w celu wzbogacenia go o dodatkowe właściwości biologiczne, fizykochemiczne czy też mechaniczne. Z kolei bardzo mało jest wiadomo na temat możliwości podstawień jonowych w innych krystalicznych fosforanach wapniowych, np. ortofosforanie wapnia Ca3(PO4)2 (forma βTCP oraz αTCP), krystalicznym bezwodnym wodorofosforanie wapnia CaHPO4 (DCP) oraz dwuwodnym wodorofosforanie wapnia CaHPO4∙2H2O (DCPD). Nieliczne badania nad wzbogaceniem βTCP oraz αTCP pokazują, że takie materiały charakteryzują się lepszą rozpuszczalnością i szybszym uwalnianiem obcych jonów niż podstawione apatyty. Obecnie w medycynie stosuje się materiały dwufazowe (najczęściej zawierające czysty, niepodstawiony HA oraz βTCP w różnych proporcjach), które zapewniają lepszą bioaktywność i łatwiejszą osteointegrację. Zaplanowane w naszym projekcie opracowanie nowych podstawionych fosforanów wapnia ma na celu poszerzenie wiedzy w zakresie wymiany jonowej w wybranych krystalicznych fosforanach wapnia. Chcemy opracować materiały charakteryzujące się różną resorbowalnością i różną szybkością uwalniania jonów. Spodziewamy się, że wyniki zaplanowanych przez nas badań będą szczególnie ważne dla postępu biologii, medycyny i inżynierii materiałowej (projektowanie materiałów kościozastępczych).