marta_inj (marta_inj) wrote,
marta_inj
marta_inj

Category:

Пьезоэлектричество с химических позиций-6



Неорганическая часть наших костей и зубов состоит, главным образом, из гидроксиапатита кальция. И, конечно, из фосфор-кислородных тетраэдров.



Апатиты являются довольно устойчивыми соединениями, но способны обмениваться с окружающей средой. В результате в решётке кристаллов гидроксиапатитов появляются другие ионы. Однако лишь некоторые ионы могут включаться в структуру гидроксиапатитов. Преимущественным фактором, определяющим возможность замены, является размер атома. Схожесть в зарядах имеет второстепенное значение...


Известно, что у нас в костях целый запасник ионов различных металлов.

Но к чему приводят замены атомов в гидроксиапатитах? А приводят они к тому, что структура кристалла может слегка искажаться. Искаженная структура, как уже говорилось в предыдущих постах, может способствовать выработке пьезоэлектричества. А некоторые замены могут этому препятствовать. Например, известно, что фтор "укрепляет" ткани зубов, однако, возможно, тем самым он лишает их подвижности, а значит - пьезоэлектрических свойств.

Медики давно заметили, что восстановление после перелома происходит быстрее при разумных нагрузках на кости. Такие занятия способствуют более быстрому излечению (конечно, в сочетании с терапией). Но механизм действия таких нагрузок был не до конца ясен. Сначала состоялось открытие электромеханического «способа» самоизлечения костной ткани с участием коллагена. Оказалось, что при изгибе кости в ней начинает течь слабый электрический ток, что способствует заживлению костных поражений. Но недавно было обнаружено, что электрический ток может генерировать и гидроксиапатит — основной минеральный компонент костей. Причем даже при отсутствии коллагена вообще.

Откуда берется электрический ток в костях
Научная работа о так называемом флексоэлектрическом эффекте в костях была опубликована 18 января 2018 года в рецензируемом журнале «Advanced Materials». Авторами исследования стали Фабиан Васкез-Санчо, Амир Абдоллахи, Драган Дамьянович и Густав Каталан, работающие в Каталонском институте нанотехнологий и Барселонском институте науки и технологий (Испания).

Исследователи поставили себе целью выяснить, какой компонент костей отвечает за появление флексоэлектрического эффекта, то есть возникновение электрического тока при изгибе кости... который был открыт еще в середине 20 века... выяснилось, что электрический ток, проходя по костной ткани, способствует восстановлению поврежденных участков. Эффект возникает при давлении на кости при физической нагрузке, которое приводит к их небольшому изгибу.

Сначала ученые выяснили, что пьезоэлектрический эффект своим появлением в костях обязан коллагену, который является основным белком соединительной ткани. Однако некоторые исследователи высказали гипотезу, что электрический ток может возникать и в неорганических веществах, составляющих твердую основу кости.

Наконец было обращено внимание на гидроксиапатит — главное минеральное вещество, отвечающее за твердость костей и зубов. Ученые искали возможность проверить предположение о том, что гидроксиапатит способен генерировать электрический ток, и работа каталонских исследователей поставила точку в этом вопросе.

Коллаген отвечает за «электролечение» макроповреждений, а гидроксиапатит — за заживление микротрещин
Ученые провели сравнительные измерения поляризации, которая возникает при изгибе костей (с коллагеном в составе) и во фрагментах «как бы костей», состоящих из чистого гидроксиапатита.

Оказалось, что и в том, и в другом материале появляется флексоэлектрический эффект с параметрами, которые количественно сопоставимы и даже близки. Проще говоря, и кости, и чистый гидроксиапатит генерируют электрический ток при изгибе, и значения этого тока в среднем похожи.

Побочным знанием, которое было получено в ходе экспериментов, оказалась информация о том, что пьезоэлектрический эффект, возникающий в белке коллагене, способствует самозаживлению при крупных повреждениях костей. А флексоэлектрический эффект при изгибе зон, состоящих из гидроксиапатита, отвечает за самовосстановление костей, пораженных микротрещинами. Оказывается, это происходит потому, что максимальная деформация или изгиб появляется в кости как раз на концах микротрещин.

Исследователями была создана модель электрического поля, которое формируется в костной ткани при деформации. Выяснилось, что его величина в месте нахождения конца микротрещины составляет около 1 киловольта на 1 метр.

Авторы научной работы заявляют, что электрическое поле такой величины запускает апоптоз остеоцитов (это первая стадия процесса восстановления кости при повреждении). Также оказалось, что электрическое поле ускоряет доставку в область трещин ионов, которые участвуют в остеогенезе, то есть в образовании костной ткани.

Открытие участия минерального компонента костей гидроксиапатита в формировании лечебного электрического поля открывает дорогу для новых исследований в сфере создания не химических технологий костного протезирования и разработки материалов, которые смогут при внедрении в поврежденные кости стимулировать их самовосстановление.


P.S.: на очень многое из изложенного навел dmitrij_an
Tags: Химия, Электричество
Subscribe

  • Странности самолетов

    Таки да, плоскоземельщики правы, маршруты самолетов построены очень странно для шарообразной земли и очень естественно для плоской земли. С…

  • Игольчатый лёд

    А у нас есть какое-нибудь официальное объяснение, почему тающий лед в водоемах формирует такие вот вертикальные "иглы"?

  • Тепло весной идет от земли

    Начало в Проталины В этом году наблюдение получилось "чистым" - свободным от влияния солнца, потому что стоял выраженный минус, потом резко…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 0 comments