Институт математических проблем биологии РАН, 142290, Пущино, Россия
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142290, Пущино, Россия
Отдел техники керамики и стекла, Центр исследования керамики и композитов (ЦИКЕКО), Университет Авейро, 3810-193, Авейро, Португалия 
Институт биомедицинской техники и нанотехнологии, Рижский технический университет, LV- 1658, Рига, Латвия

Аннотация. 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 0,1 К/м**2, влияет на движение живых клеток и приводит к их адгезии на заряженной поверхности ГАП.

Ключевые слова: гидроксиапатит, перенос протонов, электрические свойства, поверхностные свойства.