ИСТИНА

Ключевое требование дентальной имплантации — прочная остеоинтеграция (срастание импланта с костью). Для достижения этой цели имплантаты часто покрывают биоактивными покрытиями. Стандартный материал для имплантатов — титан Ti (II), одним из наиболее популярных материалов покрытий является гидроксиапатит (HA), молекулярная формула Сa10(PO4)6(OH)2. По составу он подобен минеральной составляющей кости, а нанокристаллическая структура HA дает микрорельеф поверхности, благоприятный для остеоинтеграции. Важной задачей является изучение прочности связи HA-покрытия с титаном. Мерой прочности связи покрытие-подложка является энергия этой связи. Цель работы — определение энергии связи между функциональными группами (анионами) гидроксиапатита и титаном Ti (II) в расчетном комплексе вычислительной химии Gaussian 09, Rev. C.01 с использованием теории функционала плотности и методов молекулярной динамики. На следующем этапе работы эти данные будут использованы при вычислении полной энергии связи катиона Ti (II) и целой элементарной ячейки HA, конечная цель — теоретический расчет энергии связи покрытия HA и титана. Комплекс Gaussian обеспечивает геометрическую оптимизацию структур с определением координат конкретных ядер в трехмерном пространстве. Оптимизация геометрии дает положения ядер, которые доставляют глобальный минимум на поверхности потенциальной энергии. Для всех рассмотренных комбинаций рассчитаны равновесные длины и углы связей Ti-O, основные уровни энергии и энергии связывания. К примеру, согласно расчетам комплекса [TiOH]+, заряд иона Ti (II) уменьшается. В терминах теории функционала плотности это означает, что Ti (II) испытывает увеличение электронной плотности за счет его притяжения с отрицательно заряженным ОН. Длина эталонной связи составляет около 1,8 ˚ A. Для частоты колебательного взаимодействия между Ti (II) и атомом кислорода расчет дает разумное значение около 970 см-1. Таким образом, методы квантовой химии позволяют предложить для покрытия структуру, которая бы имела наивысшую прочность адгезионного соединения с титаном (материалом имплантата), и в то же время была похожей на структуру кости. Тем не менее, следует учитывать, что изменение структуры HA может мешать остеоинтеграции, поскольку эта структура уже не будет в точности такой же, как структура кости. Точное определение «оптимальной» максимальной энергии связи HA с Ti (II) будет полезно для практики в плане обеспечения того, чтобы прочность связи HA и Ti (II) не влияла на процесс естественного заживления. Работа выполнена по теме государственного задания (№ госрегистрации АААА-А17-117021310386-3), при частичной поддержке грантов РФФИ № 17-08-01579 и № 17-08-01312 совместно с А.В. Балуевой, П. Тодебуш и Ч. Кэмпбеллом.