ИСТИНА

Целью настоящей работы является разработка методов получения остеокондуктивных материалов, предназначенных для замены костных тканей, обладающих повышенным уровнем резорбции по сравнению с ГА и ТКФ. В качестве таковых предложено использовать двойные фосфаты кальция и натрия общей формулой Ca(3-x)М2x(PO4)2 (x=0÷1, М=Na, K) со структурой β-ТКФ (х<0.15) и β-CaNaPO4 (x=1) в качестве компонентов керамики или многофазных композитов. Стратегия повышения резорбируемости (а точнее одного из существенных компонентов этой функции – растворимости в водных растворах), принятая в работе, основана на уменьшения энергии решетки вследствие замены катиона Ca2+ на крупный однозарядный катион щелочного металла; при этом по мере замещения происходит смена структурного типа α/β-ТКФ→ α/β- CaMPO4(ренанит). В работе были поставлены и решены следующие задачи: 1. Исследовать процессы фазообразования и установить фазовые отношения в субсолидусной области квазибинарных разрезов Ca3(PO4)2 – CaMPO4 систем CaO – М2O – P2O5 (где М=Na, K). 2. Определить условия синтеза (исходные реагенты, температура, время) двойных фосфатов кальция и натрия общей формулой Ca(3-x)М2x(PO4)2 (x=0÷1, М=Na, K), исходя из полученных данных о фазообразовании и кинетики твердофазных реакций в указанных системах. 3. Получить керамические материалы на основе Ca(3-x)М2x(PO4)2 (x=0÷1, М=Na, K). Оценить влияние полиморфного превращения на возможность получения прочной керамики и на ее резорбируемость. 4. Разработать способы получения макропористой остеокондуктивной керамики со специальной архитектурой методами трехмерной (3D-) печати, в том числе: ‒ сформулировать состав и условия подготовки высококонцентрированных суспензий (ВКС), используемых для различных вариантов прототипирования; ‒ апробировать два варианта прототипирования - инвертированной и прямой 3D-печати; выбрать лучший с точки зрения разрешения и прочности конечной керамики вариант; ‒ определить условия термообработки моделей после печати для получения прочного керамического имплантата; 5. Оценить резорбируемость избранных составов керамики Ca(3-x)М2x(PO4)2 в растворной среде при различных значениях рН. 6. Провести прочностные испытания макропористых имплантатов и выборочные медико-биологические испытания. Научная новизна данной работы состоит в следующих положениях: 1. Впервые показано, что основные отличия системы Ca3(PO4)2 - CaKPO4 от Ca3(PO4)2 - CaNaPO4 заключаются в смещении нонвариантных равновесий в область более высоких температур; в замедлении фазовых превращений; в отличной от натриевого аналога структуре низкотемпературной β-CaKPO4. 2. Замедление фазового превращения α/β-ренанит в материалах на основе Ca(3-x)М2x(PO4)2 с Ca/М > 1 позволяет стабилизировать высокотемпературную фазу α-ренанита и снизить растрескивание керамики. 3. Методами 3D-печати впервые получены образцы макропористой керамики на основе двойных фосфатов кальция и щелочных металлов с архитектурой Кельвина, обеспечивающей остеокондуктивность. 4. Керамика, содержащая фазы на основе α- CaMPO4, обладает высокой растворимостью, что подтверждает принятую в работе стратегию повышения резорбируемости вследствие снижения энергии кристаллической решетки (увеличения мольного объема). Практическая ценность результатов работы заключается в следующем: 1. Предложены конкретные методики твердофазного синтеза двойных фосфатов кальция и щелочных металлов с указанием исходных веществ, температуры и времени синтеза. 2. Определены основные параметры процесса стереолитографии кальцийфосфатных суспензий, который позволил создать керамические имплантаты с заданным размером макропор (от 50 мкм), общей пористостью 70-80% и достаточной механической прочностью (до 10 МПа). 3. Разработанные материалы состава Ca(3-x)М2x(PO4)2 (x=0÷1, для М=Na и х=0-0.7 для М=K) являются биосовместимыми с культурой клеток фибробластов человека и могут быть использованы в работах по тканевой инженерии в качестве керамических матриксов.