Медицинаға арналған құрылма наноматериалдар

Табиғаттың кешенді наножүйелерді жасауға ұмтылысын табиғи нанокомпозит - сүйек ұлпасының мысалында көрсетуге болады. Сүйек бірегей табиғи материал. Оның кұрамына сүйек майы, жүйке және қан тамырлары кіреді. Сүйек ұлпасының құрылымдық ұйымдастырылуының жеті деңгейі бар. Сүйектің остеон деп аталатын негізгі «Құрылысының» бірлігі сақиналы қабаттары белгілі бір бағыты бар тығыз орналасқан пластиналардан тұратын цилиндрлі түзіліс (10- 15 мкм) болып табылады (6.6-сурет). Көршілес қабаттар пластиналары бір-біріне қатысты белгілі бір бұрышпен орналасқан және кальций фосфаттарының (гидроксилапатит, ГАП) нанокристалиттерімен беріктелген коллаген фибрилдерінен тұрады. ГАП кристалдары сүйек құрамында коллагенді талшықтар бойына ұзын жағымен орналасқан пластиналар (>95 %) немесе инелер түрінде болады. Мұндай күрделі архитектура табиғи композиттің жоғары беріктілік сипаттамаларын қамтамасыз етеді.

Композиттің түзілу үдерісі немесе сүйек ұлпасының минерализациясы (кальций фосфаттары кристалдарының аса қанық жасуша сыртындағы сұйықтықтан коллаген фибрилдары арасындағы қуыстарда жиналуы) сызбанұсқамен жүзеге асады деп саналады:

Са-протеогликан + фосфорпротеин (О-РО,)---Сах (РО4)у|+... (6.14)

Басқа механизм сүйек жасушаларының (остеобластар) кальций немесе фосфорқұрамды компоненттерді алып жүретін мөлшері 100 нм матрицалық көпіршіктерді бөлуін ескереді.

Сүйектің минералды құрамын жалпы түрде (Са,Nа)(НРО4) (СО3)(PO4)(ОН2), (СІ.F) формуласымен келтіруге болады. Жас ағзада х+у-1,7, ал жас шамасының артуымен х шамасы азаяды, у шамасы бұйда Тіс эмалінің құрамын келесі формуламен көрсетуге болады: Са8.86.Na0.29Мg0.09K0,01(НРО4)0,28 (СО3)0,41(РО4)5,31(ОН)0,7 Сі0,08,(СО3)0,05

Сүйек ұлпасының құрамына кіретін коллагендер адам ағзасындағы ең көп таралған ақуыздар (жалпы мөлшердің 30 %-ы) болып табылады. Олар ұлпаларға иілгіштік пен механикалық беріктікті береді. Коллагендер молекулалары үш спиральді оралған полипептидті жіптерден тұрады. Коллаген молекулалары диаметрі 100-2000 нм фибрилдерге жиналуға қабілетті.

Сонымен, сүйек «минералды құрамдас бөлік - бионимдер» құрамды күрделі ұйымдасқан композит болып табылады. Сүйек ұлпасының механикалық сипаттамалары сүйек типіне, күш сипатына, адамның жас шамасы мен жынысына байланысты өзгереді. Сүйектің механикалық қасиеттері анизотропты (түтікті сүйек бойына және оған перпендикулярлы өлшенген қасиеттер ерекшеленеді) (6.1-кесте).