Введение к работе
Актуальностъ работы. Разработка кераминеских материалов, предназнаненных дня реконструкции костных тканей взамен широко используемых в настоящее время: аллотенных и аутогенных материалов, является одной из наиболее актуальных проблем наук о материалах. Значительные успехи достигнуты в области создания материалов на основе ортофосфатов кальция и, особенно, гидроксиалатита кальция - CajrfTO-j GH); (ГА). Большой вклад в развитие данного направления: внесён отечественными (В.П. Орловский, ПД. Саркисов, ЮД. Третьяков, ИА. Мелихов, В.П. Комаров, Е.С. Лукин, Б.С. Черепанов, А.В. Карлов и др.) и зарубежными (X. Рей, В. Бонфилд, Ф. Дриессенси др.) учёными. Очевидна необходимость дальнейших исследований, направленных на разработку материалов с регулируемым биологическим поведением.
Минеральная составляющая костной ткани представлена апатитом кальция с изоморфным замещением ряда катионов и анионов, которые играют важную роль в её физиологии. Изоморфное замещение части гидрокси-груип на ионы фтора снижает скорость резорбции апатита калыгия:, поэтому в последнее время усилия исследователей направлены на создание керамических материалов и покрытий из фторгидроксиапатига калыгия— Саю(Р04)б{ОН)2-хРц (ФГА). Несмотря на существенные достижения в этой области, имеется ещё ряд открытых, нерешённых задач в оптимизации технологии ФГА-керамики и её свойств в зависимости от состава, технологической предыстории и микроструктуры. Не выяснены имеющие фундаментальное значение вопросы взаимодействия - ГА с фтораиатитом калыгия: - Сащ ОчХ і (ФА) при высоких температурах. Не существует однозначного мнения о влиянии замещения: фтором гидрокси-гругт на биологическое поведение ФГА.
Данная работа направлена на исследование технологических аспектов создания: фторгндроксиапатитовой пористой и плотно спеченной керамики, используя в качестве базового подход, основанный на регулировании состава продукта смешением дозированных количеств ГА и ФА что позволило бы обеспечить простой и преиизионный контроль состава керамики. При этом возникает необходимость решения ряда конкретных задач, в том числе выявление особенностей химического взаимодействия ФА с ГА при термических обработках, а также установление влияния ФА на спекание ГД формирование структуры и свойств керамики.
Цель работы. В соответствии с изложенным, целью данной работы являлось исследование технологии ФГА-керамики и изучение взаимосвязи между её составом, технологией, микроструктурой и механическими
БИБЛИОТЕКА / Для достижения указанной цели в работе решались следующие основные задачи:
1. Изучение спекания ГА и интенсификации уплотнения при спекании ГА-керамики за счет введения активирующей добавки; влияние добавки на параметры микроструктуры и механические свойства керамики.
2. Изучение влияния ФГА и ФА на формирование фазового состава, микроструктуры и механических свойств керамики на основе ГА.
3. Исследование процесса взаимодействия ГА и ФА при высоких температурах.
4. Исследование микроструктуры и свойств керамики из порошка ФГА
5. Изготовление на основе установленных оптимальных режимов лабораторных партии различных по составу и микроструктуре материалов и проведение сравнительных испытании для прогнозирования их поведения т vivo в организме человека.
Научная новизна, полученных в работе результатов состоит в следующем:
1. Установлено, что как ФГА минерального происхождения, так и ультрадисперсний синтетический ФА ухудшают процесс спекания и способствуют дестабилизации ГА, приводя к его термическому разложению с образованием трехкальциевого фосфата при более низких температурах и соответствующему снижению механических свойств.
2. Установлено образование ограниченного ряда твердых растворов ФА в ГА (до 10 масс. % ФА) в интервале температур 1150-1300"С и выявлены ранее неизвестные особенности немонотонного изменения параметров решетки твердых растворов в зависимости от температуры при термической обработке.
3. Доказано положительное влияние частичного замещения гидрокси-групп (до
10%) ионами фтора на устойчивость керамики к замедленному разрушению в модельных жидкостях организма; установлено, что введение фтора в указанных пределах не оказывает отрицательного влияния на жизнеспособность остеогенных клеток и не вызывает отрицательных реакций в тестах т vivo.
Практическая ценность работы СОСТОИТЕ следующем:
1. Установлена возможность снижения температуры спекания на 50 "С и повышения прочности на 20% апатитовой керамики посредством введения 2 масс. % фосфата натрия, активирующего спекание с участием жидкой фазы.
2. Установлены технологические условия изготовления ФГА-керамики с регулируемой пористостью как из смесей порошков ГА и ФА, так и из синтезированного порошка ФГА. 3. Созданы материалы из ФГА, проведены их биологические исследования, позволяющие рекомендовать их для конкретных клинических применений в ортопедической стоматологии и реконструктивно-пластической костной хирургии.
В работе на защиту выносятся следующие положения:
1. Технологические условия изготовления ФГА-материалов с регулируемой пористостью.
2. Результаты изучения взаимодействия между ГА и ФА.
3. Результаты исследования влияния ФА на механические свойства, поведение in vitro и in vivo керамики на основе ГА.
Апробация -работы. Мат ери алы диссертации доложены на: • Международной конференции "Керамика, клетки, ткани", Фаэнца, Италия, 2001 г.
5° Всероссийской научно-практической конференции "Керамические материалы: производство и применение" Москва, Россия, 27-30 мая 2003 г.
Международной конференции "Фрактография перспективной керамики", Стара Лесна, Словакия, 2004 г.
Международных совещаниях по проекту ИНКО Коперникус 1С 15-СТ98-0816 в Москве (1999,2000 г.г.) и Реймсе (2000г.)
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Института физико-химических проблем керамических материалов РАН, программой фундаментальных исследований ОХНМ РАН "Создание новых металлических, керамических, стекло-полимерных и композиционных материалов", ФЦНТП Минпромнауки РФ "Перспективные материалы" и поддержана проектом РФФИ 03-03-32230, Международным проектом ИНКО Коперникус 1С 15-СТ98-0816 и грантом Правительства Москвы №ГА-23/02.
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 7 публикациях.
Объбм работы. Диссертация содержит 132 страницы в том числе 14 таблиц, 49 рисунков, список литературы, включающий 132 наименований. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, общих выводов, библиографического списка и приложений.
