Композиційний порошковий матеріал скловуглець-залізо з хімічною стійкістю в біологічних середовищах для медичного призначення

Abstract

Розроблено технологію одержання композиційного порошкового матеріалу скловуглець-залізо модифікованим методом термічної деструкції хімічно чистої сахарози С₁₂Н₂₂О₁₁ у спеціальних технологічних умовах і отримано дослідні зразки з вмістом металевої складової у вихідному продукті 7,7 та 14,5 мас. %. Методами рентгеноструктурного аналізу та розрахунків областей когерентного розсіювання встановлено, що основою металевої фази в досліджуваних композитах є магнетит Fe₃O₄ з розміром частинок 10—40 нм. Доведено, що розроблені порошки зберігають фазовий склад після взаємодії з плазмою крові людини і при цьому їх питома поверхня практично не змінюється, що свідчить про достатню стабільність розмірів частинок після взаємодії з досліджуваними модельними середовищами. Дослідження фільтратів неорганічних і біологічних середовищ після взаємодії з композиційними порошками скловуглець-залізо показало, що залізо з композита вивільняється в плазму крові приблизно в 4,6 раза більше порівняно з водою і фізіологічним розчином і є практично однаковим для зразків з 7,7 та 14,5 мас. %, що може бути пов’язано з наявністю в плазмі крові залізозв’язувальних білків. Згідно з літературними даними, залізо в таких білках, білкових сполуках, структурах міститься у зв’язаному і легкозасвоюваному організмом стані. Методами електронної мікроскопії встановлено, що отримані композиційні порошки скловуглець-залізо після взаємодії з модельними біологічними середовищами не утворювали морфологічні частинки, що могли б пошкодити тканини і клітини організму. На основі отриманих експериментальних даних доведено, що розроблений композиційний порошковий матеріал скловуглець-залізо, з фазовою, морфологічною та достатньою хімічною стійкістю в біологічних середовищах, є перспективним для подальших розробок у галузі медицини.

The technology for obtaining the composite powder glassy carbon-iron material (KPMSZ) by the modified method of chemically pure sucrose thermal destruction in the special technological conditions has been developed in the work. The experimental samples with a metal component content ranging from 7.7 to14.5 wt. % in the initial product were obtained. Using the methods of X-ray structural analysis and coherent scattering regions calculations has been established that the metal phase in the investigated composites consists of a mixed-соmpleted oxide FeO·Fe₂O₃ with a particle size of 10-40 nm. It has been proven that the developed powders retain their phase composition after interaction with human blood plasma, and their specific surface area remains virtually unchanged. This indicates sufficient stability of particle sizes after interaction of the powders with the studied model biological media. The study of inorganic and biological media filtrates after their interaction with KPMSZ powders showed that iron was released from the composite into the blood plasma approximately 4.6 times more intensively than into water and physiological solution. Its level was practically the same for samples with 7.7 and 14.5 wt % and may be associated with the presence of iron-binding proteins in blood plasma. According to literature data, iron in such proteins exists in a bound form that is easily absorbed state by the body. Using electron microscopy method, it was established that after interaction with model biological environments, the resulting composite powders of glass carbon and iron did not form morphological particles that could damage body tissues and cells in the body. Based on the experimental data obtained, it was proven that the developed composite powdered glass-carbon-iron material, which possesses phase, morphological, and sufficient chemical stability in biological environments, is a promising material for further developments in the field of medicine.