Basing on scientific publications and original research the authors specified the effect of incorporation and adsorption of different ions and water molecules on physical, chemical and mechanical properties of bioapatite and determined new directions for investigations of intercrystallite interactions in nanoscale. Inner structure of the apatite crystallites more adaptable to chemical substitutions in comparison with other minerals controls their important characteristics such as a size, solubility, hardness, fragility, formability and thermal stability. The water molecules incorporated in crystallites and adsorbed on their surfaces stabilize them. In case the distances between crystallites become shorter than 10 nm the water molecules adsorbed on their surface play dominant role in bonding between the crystallites. This bond determines the main mechanical properties of bones. We bring forward a suggestion that theoretical model developed on the basis of near edge X-ray spectroscopic studies of bones using the contemporary high brilliant sources of X-ray radiation (synchrotrons and X-ray free electrons lasers) will allow to receive new quantitative data on local electronic and atomic structure (coordination numbers, ionic charges, interatomic distances interatomic and intercrystallite forces) of nanoelements in osseous tissue. The investigation results must bring to construction of new morphologically correct model providing deeper understanding of processes occurring in mineral matrix and mechanical properties of bones.
На основе результатов собственных исследований и данных литературы охарактеризованы влияние на физико-химические и механические свойства биоапатита, инкорпорации в его структуру и абсорбции на его поверхности различного рода ионов и воды, а также определены дальнейшие пути изучения механизмов межкритсталлитных взаимодействий в наномасштабе. Внутренняя структура кристаллитов апатита более гибкая, чем у большинства других минералов, и относительно легко приспосабливается к химическим замещениям, которые и определяют его биологически значимые характеристики, такие как размер, растворимость, твердость, хрупкость, деформируемость и тепловая стабильность. В этих условиях молекулы воды, включенные в структуру кристаллита и адсорбированные на его поверхности, являются стабилизирующим фактором. При сближении поверхностей кристаллитов на расстоянии <10 нм они связываются между собой через адсорбированную на их поверхности воду. Эта связь лежит в основе механических свойств костной ткани. Высказано предположение, что исследования с использованием сверхъярких источников рентгеновского излучения (синхротроны и рентгеновские лазеры на свободных носителях) позволят измерять локально ближнюю тонкую структуру рентгеновских спектров поглощения с высоким энергетическим разрешением. Это даст возможность на основе современных теоретических методов описания взаимодействия рентгеновского излучения с веществом представить характеристики электронной и атомной структуры, в том числе зарядов атомов, межатомные расстояния, координацию атомов, потенциалы межатомного взаимодействия и в результате сформировать общую наноуровневую модель с морфологически обоснованной структурой минерального матрикса с учетом механизмов его механического контроля.