Люмінесценція гідроксилапатиту кальцію при рентгенівському опроміненні

Abstract

Синтетичний гідроксилапатит кальцію Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ є дуже подібним до головної мінеральної складової твердих тканин живих організмів і тому активно застосовується в інноваційній медицині як наповнювач штучних кісток, для виготовлення імплантатів, в стоматології тощо. Здебільшого такі об'єкти перебувають у водному середовищі, і невеликі кластери води були нещодавно виявлені всередині наноструктурованого гідроксилапатиту кальцію. Оскільки присутність води може істотно впливати на фізичні та хімічні властивості мінералів, інформація про взаємодію наноструктурованого гідроксилапатиту кальцію з молекулами води може виявитись корисною з практичної точки зору. Досліджувались спектри люмінесценції двох різних зразків гідроксилапатиту кальцію при рентгенівському збудженні при температурах 295 та 85 К. При кімнатній температурі (295 К) для обох зразків реєструється смуга рентгенолюмінесценції з максимумом близько 550 нм. При низькій температурі (85 К) спектри першого і другого зразків істотно відрізняються один від одного. У спектрі першого зразка присутня смуга з максимумом на 550 нм, лише більшої інтенсивності, ніж при кімнатній температурі. А у спектрі другого зразка з'являється ще одна широка смуга в діапазоні 300—500 нм, яка була відсутня при кімнатній температурі. Таку відмінність можна пояснити різним рівнем гідратації зразків — у першому зразку може бути присутня велика кількість інкорпорованих молекул води, які є центрами гасіння рентгенолюмінесценції, а в другому зразку молекул води (і/або гідроксильних груп) менше, тому у спектрі реєструються дві смуги. Для другого зразка вдалося зареєструвати фосфоресценцію і термостимульовану люмінесценцію після рентгенівського опромінення при 85 К.

Synthetic calcium hydroxyapatite Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ is very similar to the main mineral component of the hard tissues of living organisms. Thus, it is actively used in innovative medicine as a filler for artificial bones, for the manufacture of implants, in dentistry, etc. Mostly, such objects are in the aqueous environment, and small clusters of water have recently been discovered inside nanostructured calcium hydroxyapatite. Since the presence of water can significantly affect physical and chemical properties of minerals, information on the interaction of nanostructured calcium hydroxyapatite with water molecules can be useful from a practical point of view. Luminescence spectra of two different samples of calcium hydroxyapatite were studied under Xray excitation at temperatures 295 K and 85 K. At room temperature (295 K), an Xray luminescence band was registered for both samples with a maximum at about 550 nm. At a low temperature (85 K), the spectra of the first and second samples differ significantly from each other. The spectrum of the first sample contains a band with a maximum at 550 nm, but with a higher intensity than that at room temperature. In the spectrum of the second sample, another wide band appears in the range 300500 nm, which was absent at room temperature. This difference can be explained by the different degrees of hydration of the samples — in the first sample, a large number of incorporated water molecules can be present acting as quenching centers of Xray luminescence. In the second sample, there are fewer water molecules (and/or hydroxyl groups). Therefore, two bands are recorded in the spectrum. For the second sample, it was possible to register phosphorescence and thermally stimulated luminescence after the Xray irradiation at 85 K.

Синтетический гидроксилапатит кальция Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ подобен основной минеральной составляющей твердых тканей живых организмов и поэтому активно используется в инновационной медицине как наполнитель искусственных костей, для изготовления имплантатов, в стоматологии и др. Преимущественно такие объекты находятся в водной среде, и небольшие кластеры воды были недавно обнаружены внутри наноструктурированного гидроксилапатита кальция. Поскольку присутствие воды может существенно влиять на физические и химические свойства минералов, информация о взаимодействии наноструктурированного гидроксилапатита кальция с молекулами воды может оказаться полезной с практической точки зрения. Были исследованы спектры люминесценции двух разных образцов гидроксилапатита кальция при рентгеновском возбуждении при температурах 295 и 85 К. При комнатной температуре (295 К) для обоих образцов регистрируется полоса рентгенолюминесценции с максимумом около 550 нм. При низкой температуре (85 К) спектры первого и второго образцов существенно отличаются друг от друга. В спектре первого образца присутствует полоса с максимумом на 550 нм, только большей интенсивности, чем при комнатной температуре. А в спектре второго образца появляется еще одна широкая полоса в диапазоне 300— 500 нм, отсутствовавшая при комнатной температуре. Такое отличие можно объяснить разной степенью гидратации образцов – в первом образце может присутствовать большое количество инкорпорированных молекул воды, которые выступают центрами тушения рентгенолюминесценции, а во втором образце молекул воды (и/или гидроксильных групп) меньше, поэтому в спектре регистрируются две полосы. Для второго образца удалось зарегистрировать фосфоресценцию и термостимулированную люминесценцию после рентгеновского облучения при 85 К.