ПОРИСТЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ ГРАНУЛЫ ИЗ КАРБОНАТГИДРОКСИАПАТИТА ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ.
*Баринов С.М., *Фадеева И.В., **Гурин А.Н., *Комлев В.С., ***Ковалёва Е.С.,
*Смирнов В.В., *Шворнева Л.И., *Аладьев Н.А., *Куцев С.В.
*Институт физико-химических проблем керамических материалов РАН, г.Москва (Россия)
**Центральный научно-исследовательский институт стоматологии , г.Москва (Россия)
***Факультет наук о материалах МГУ, г.Москва (Россия)
Разработка материалов для медицины является одной из важнейших задач современного материаловедения. В ходе различных операций, в т.ч. онкологических, возникает необходимость удаления обширных фрагментов тканей, включая костные ткани с последующим заполнением образующихся при этом дефектов. Наилучшим материалом для заполнения костных дефектов является гидроксиапатит кальция (ГА), являющийся основным минеральным компонентом костной ткани. Главный недостаток гидроксиапатита - его невысокая скорость резорбции в тканях организма, следствием чего является «врастание» фрагментов керамического имплантата в новообразующуюся костную ткань. Одним из способов повышения скорости резорбции гидроксиапатита является проведение изоморфных замещений в его структуре.
Карбонат ион входит в состав костной ткани в большом количестве, около 6% масс. Поэтому представляло интерес получение карбонат замещённых гидроксиапатитов (КГА) с различной степенью замещения, а также разработка технологии керамических материалов из них и выяснение оптимального содержания карбонат иона в керамике с точки зрения скорости резорбции керамического имплантата, которая должна быть максимально близка к скорости образования костной ткани.
Синтез КГА проводили методом осаждения (1), в качестве исходных реагентов использовали растворы нитрата кальция, 1 моль/л и двухзамещённого фосфата аммония, 0,6 моль/л, источником карбонат ионов служил карбонат аммония. Образующийся ксерогель сушили при 120оС в сушильном шкафу с последующей дезагрегацией в планетарной мельнице. После термической обработки при 700оС порошки исследовали методами РФА, ИК спектроскопии, электронной микроскопии.
Дифрактограммы порошков регистрировали с помощью дифрактометра Shimadzu XRD-6000. Согласно данным РФА основной и практически единственной фазой в исследованных образцах является апатитоподобная фаза, по сравнению с ГА наблюдается некоторое смещение дифракционных линий, что косвенно свидетельствует о вхождении карбонат ионов в структуру ГА.
ИК спектроскопическое исследование подтверждает данное предположение: наличие полоса в области 1410–1460 см-1 и пик при 870см-1 относятся к колебаниям карбонатных групп.
На основании данных термического анализа порошков КГА, не подвергавшихся предварительной термообработке, можно сделать вывод о том, что все синтезированные соединения разлагаются при температурах выше 800оС с выделением оксидов углерода (ІІ) и (ІV).
Термическая неустойчивость синтезированных КГА не позволяет получать керамику из них без применения спекающих добавок, снижающих температуру спекания.
В качестве спекающих добавок использовали карбонаты щелочных и щелочно-земельных металлов /1/.
Ранее в ИПК РАН /2/ был разработан оригинальный способ получения пористых керамических гранул, основанный на эффекте сфероидизации частиц, формирующихся при смешении двух несмешивающихся жидкостей, одной из которых является водная суспензия КГА и желатина. Полученные таким способом гранулы спекали в печи с силитовыми нагревателями. Температура спекания составляла 750-800оС. Размер гранул изменялся в интервале 50-1000 мкм. Пористость в спеченных гранулах составляла 40-60%, в зависимости от концентрации желатина
Для проведения биомедицинских тестов использовали фракцию гранул размером 300-500 мкм. Замещение костного дефекта проводили in vivo на бедренной кости крысы. На модели дефекта мыщелка крысы при заполнении области травмы данными материалами установлено, что пористые гранулы из КГА обладают большей скоростью биорезорбции по сравнению с чистым ГА и обладают остеокондуктивными потенциями.
*Баринов С.М., *Фадеева И.В., **Гурин А.Н., *Комлев В.С., ***Ковалёва Е.С.,
*Смирнов В.В., *Шворнева Л.И., *Аладьев Н.А., *Куцев С.В.
*Институт физико-химических проблем керамических материалов РАН, г.Москва (Россия)
**Центральный научно-исследовательский институт стоматологии , г.Москва (Россия)
***Факультет наук о материалах МГУ, г.Москва (Россия)
Разработка материалов для медицины является одной из важнейших задач современного материаловедения. В ходе различных операций, в т.ч. онкологических, возникает необходимость удаления обширных фрагментов тканей, включая костные ткани с последующим заполнением образующихся при этом дефектов. Наилучшим материалом для заполнения костных дефектов является гидроксиапатит кальция (ГА), являющийся основным минеральным компонентом костной ткани. Главный недостаток гидроксиапатита - его невысокая скорость резорбции в тканях организма, следствием чего является «врастание» фрагментов керамического имплантата в новообразующуюся костную ткань. Одним из способов повышения скорости резорбции гидроксиапатита является проведение изоморфных замещений в его структуре.
Карбонат ион входит в состав костной ткани в большом количестве, около 6% масс. Поэтому представляло интерес получение карбонат замещённых гидроксиапатитов (КГА) с различной степенью замещения, а также разработка технологии керамических материалов из них и выяснение оптимального содержания карбонат иона в керамике с точки зрения скорости резорбции керамического имплантата, которая должна быть максимально близка к скорости образования костной ткани.
Синтез КГА проводили методом осаждения (1), в качестве исходных реагентов использовали растворы нитрата кальция, 1 моль/л и двухзамещённого фосфата аммония, 0,6 моль/л, источником карбонат ионов служил карбонат аммония. Образующийся ксерогель сушили при 120оС в сушильном шкафу с последующей дезагрегацией в планетарной мельнице. После термической обработки при 700оС порошки исследовали методами РФА, ИК спектроскопии, электронной микроскопии.
Дифрактограммы порошков регистрировали с помощью дифрактометра Shimadzu XRD-6000. Согласно данным РФА основной и практически единственной фазой в исследованных образцах является апатитоподобная фаза, по сравнению с ГА наблюдается некоторое смещение дифракционных линий, что косвенно свидетельствует о вхождении карбонат ионов в структуру ГА.
ИК спектроскопическое исследование подтверждает данное предположение: наличие полоса в области 1410–1460 см-1 и пик при 870см-1 относятся к колебаниям карбонатных групп.
На основании данных термического анализа порошков КГА, не подвергавшихся предварительной термообработке, можно сделать вывод о том, что все синтезированные соединения разлагаются при температурах выше 800оС с выделением оксидов углерода (ІІ) и (ІV).
Термическая неустойчивость синтезированных КГА не позволяет получать керамику из них без применения спекающих добавок, снижающих температуру спекания.
В качестве спекающих добавок использовали карбонаты щелочных и щелочно-земельных металлов /1/.
Ранее в ИПК РАН /2/ был разработан оригинальный способ получения пористых керамических гранул, основанный на эффекте сфероидизации частиц, формирующихся при смешении двух несмешивающихся жидкостей, одной из которых является водная суспензия КГА и желатина. Полученные таким способом гранулы спекали в печи с силитовыми нагревателями. Температура спекания составляла 750-800оС. Размер гранул изменялся в интервале 50-1000 мкм. Пористость в спеченных гранулах составляла 40-60%, в зависимости от концентрации желатина
Для проведения биомедицинских тестов использовали фракцию гранул размером 300-500 мкм. Замещение костного дефекта проводили in vivo на бедренной кости крысы. На модели дефекта мыщелка крысы при заполнении области травмы данными материалами установлено, что пористые гранулы из КГА обладают большей скоростью биорезорбции по сравнению с чистым ГА и обладают остеокондуктивными потенциями.
Комментариев нет:
Отправить комментарий