Interaction of charged hydroxyapatite and living cells. I. Hydroxyapatite polarization properties

В данной работе были исследованы особенности структуры гидроксиапатита (ГАП) и процессов переноса протонов в нем, а также свойства его поляризации. Материал ГАП является одним из наиболее широко используемых материалов в медицине и биотехнологии. Взаимодействие между биоматериалами на основе ГАП и клетками живых организмов может быть улучшено, если поверхность ГАП будет электрически заряжена. Такой электрический заряд создается на поверхности ГАП керамики посредством переноса протонов вдоль колонообразных каналов из ОН-цепочек в структуре ГАП. Эти цепочки образуются ионами OH вдоль с-оси в структуре кристаллов ГАП, окруженных треугольными структурами атомов кальция. В статье представлены результаты квантово-химических расчетов ab initio (выполненных с помощью программы Gaussian98, методом Хартри–Фока (ХФ), в базисе 6-31G (D)), которые позволили прояснить профиль потенциальной энергии (в виде двойной асимметричной потенциальной ямы) и провести исследования энергетических барьеров для протонного переноса по колонообразным каналам. Полученные в результате расчетов значения величин потенциальных барьеров могут объяснить времена длительного хранения поляризационного заряда, которые наблюдаются в экспериментах. Значения приложенного электрического поля, которое может переключать асимметрию потенциала с двойными стенками и делает возможным перенос протона, оказывается порядка $10^9$ В/м, но с учетом возможного протонного туннелирования это значение может быть порядка $10^6$ В/м. Установленное значение поляризации на поверхности ГАП порядка $\sim0{,}1$К/м${}^2$, влияет на движение живых клеток и приводит к их адгезии на заряженной поверхности ГАП.