ИСТИНА

Комплексную задачу проекта можно сформулировать, как разработку научных основ конструирования и формирования макропористой остеоиндуктивной стеклокерамики сложного состава и архитектуры, содержащей стеклообразную и кристаллическую фазы с глазеритоподобными составами. Для решения поставленной задачи необходимо: 1) Выбрать составы стекла и кристаллической фаз, используемых для создания стеклокерамики, с высокими значениями конфигурационной энтропии (содержащими не менее 15 биоактивных элементов), опираясь на результаты, полученные при выполнении Проекта 2022; 2) Разработать и доработать разработанные ранее (при выполнении Проекта 2022) методы синтеза для получения аморфных (стеклообразных) порошков, а также приемы изготовления однородной шихты из кристаллической и стеклообразной фаз для последующего формирования стеклокерамики; 3) Разработать режимы термической обработки, направленные на формирование прочной стеклокерамики с определенной микроструктурой; уделить внимание специальным режимам спекания, затронутым в Проекте 2022 (в частности, ультрабыстрому спеканию), позволяющим подавить рекристаллизацию, что, очевидно, важно для решения задач текущего Проекта при формировании стеклокерамики; 4) Отработать приемы и выявить условия формирования остеокондуктивной макропористой стеклокерамики заданной архитектуры при помощи стереолитографической 3D печати, используя в качестве начального приближения условия, разработанные в рамках Проекта 2022 и имея в виду особенную значимость для Проекта 2025 разработку режимов термической обработки отпечатанной модели с возможно полным удалением остатков полимера и сохранением мелкокристаллической/стеклянной матрицы; изготовить прототипы внутрикостных имплантатов для исследования остеогенеза на модели малого лабораторного животного. 5) Провести исследования микроструктуры, прочностные испытания, оценку резорбируемости в модельных средах и рН водных растворов, контактирующих со стеклокерамическими образцами; провести выборочные медико-биологические испытания in vitro и in vivo для оценки эффективности введения в состав материала высокоэнтропийной стеклофазы в плане остеогенных свойств имплантатов.

The complex task of the project can be formulated as the development of scientific foundations for the design and formation of macroporous osteoinductive glass-ceramics of complex composition and architecture, containing glassy and crystalline phases with glaserite-like compositions. To solve the problem, it is necessary to: 1) Select the compositions of glass and crystalline phases used to create glass-ceramics with high values of configurational entropy (containing at least 15 bioactive elements), based on the results obtained during the implementation of Project 2022; 2) Develop and refine previously developed (during the implementation of Project 2022) synthesis methods for obtaining amorphous (glassy) powders, as well as techniques for producing a homogeneous batch from crystalline and glassy phases for the subsequent formation of glass-ceramics; 3) Develop heat treatment modes aimed at forming durable glass-ceramics with a specific microstructure; pay attention to the special sintering modes touched upon in Project 2022 (in particular, ultra-fast sintering), which make it possible to suppress recrystallization, which is obviously important for solving the problems of the current Project in the formation of glass ceramics; 4) Practice techniques and identify the conditions for the formation of osteoconductive macroporous glass ceramics of a given architecture using stereolithographic 3D printing, using the conditions developed within the framework of Project 2022 as an initial approximation and keeping in mind the particular importance for Project 2025 of developing heat treatment modes for the printed model with the most complete removal of polymer residues and preservation of the fine-crystalline/glass matrix; manufacture prototypes of intraosseous implants for the study of osteogenesis on a small laboratory animal model; 5) Conduct microstructure studies, strength tests, assessment of resorbability in model environments and pH of aqueous solutions in contact with glass-ceramic samples; conduct selective medical and biological tests in vitro and in vivo to assess the effectiveness of introducing a high-entropy glass phase into the material in terms of the osteogenic properties of implants.

1) Выбор составов стекла и кристаллической фаз, которые будут использоваться для создания стеклокерамики, с высокими значениями конфигурационной энтропии и содержащими не менее 15 биоактивных элементов (за исключением кислорода); 2) Разработка методик синтеза аморфных (стеклообразных) порошков закалкой расплава; полимерным гель-синтезом, криохимическим синтезом. Адаптация разработанных ранее методик синтеза для получения кристаллических глазеритных порошков, содержащих не менее 15 элементов; 3) Синтез порошков кристаллических фаз и стекол выбранных составов (закалка расплава, полимерный гель-синтез, криохимический синтез – сопоставление возможностей методов для синтеза аморфных порошков). Характеризация полученных порошков в отношении фазового состава, микроморфологии, термического поведения, формуемости в условиях одноосного прессования. 4) Изготовление и аттестация однородной шихты из кристаллической и стеклообразной фаз для последующего формирования стеклокерамики. Формование сырцов модельной геометрии (таблетка). 5) Разработка режимов термической обработки порошков стекол и стеклокристаллической шихты, направленных на формирование прочной стеклокерамики; разработка режимов спекания стеклокерамики, в том числе, специальных режимов, включающих быстрый обжиг; изучение уплотнения и роста зерен в стеклокерамике модельной геометрии (таблетка). 6) Исследования микроструктуры, прочностные испытания модельной стеклокерамики; токсикологические испытания порошков in vitro.

Исследования, ведущиеся российскими исполнителями проекта в рамках проблемы новых технологий получения керамических материалов, отличаются от отечественных и зарубежных работ в этой области по следующим позициям, которые являются приоритетом данного научного коллектива: 1) целенаправленному модифицированию химического состава и способов синтеза с целью получения неорганической фазы с повышенной реакционной способностью (спекаемостью); 2) использованию модельных реакций для оценки поведения неорганической фазы, а также композитов и керамики при эксплуатации в различных средах. 3) использование фазовых превращений в материалах для целенаправленного модифицирования свойств керамики и композитов. 4) активное применение и разработка новых методов формования керамики и композитов, в частности, стереолитографическая 3D-печать.