ИСТИНА

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы создания имплантатов, предназначенных для регенерации костной ткани в области дефекта сложной формы. Имплантат должен обладать необходимой механической прочностью для обеспечения необходимых манипуляций при хирургическом вмешательстве, а также в первые месяцы эксплуатации в организме; его форма должна обеспечивать контакт имплантата с костью на границе дефекта (т.н. реципиентного ложа) для ускорения процесса первоначальной интеграции имплантата в кость. В дальнейшем имплантат должен постепенно растворяться в межтканевой жидкости (резорбироваться) и замещаться нативной костной тканью. Основной задачей данного проекта является разработка научно обоснованных подходов к изготовлению керамических имплантатов заданной сложной формы на основе фосфатов кальция с заданным составом в диапазоне Са/Р =0.5 – 1.5. В рамках сформулированной выше проблемы и поставленной основной задачи необходимо: 1) определить условия получения высококонцентрированной суспензии аморфного фосфата переменного состава в водном растворе, содержащем ионы конденсированных фосфатов, и/или другие регуляторы реологических и химических свойств дисперсных систем; 2) выявить условия стабильности суспензий аморфных фосфатов кальция с необходимыми реологическими свойствами; провести выбор способа направленной коагуляции суспензии для проведения процесса коллоидного формования; 3) установить взаимосвязь между реологическими параметрами суспензии, микроструктурой сформованной и термообработанной отливки (керамики); выбор условий термической обработки коллоидной формовки, позволяющих достичь приемлемого уровня механических свойств; 4) установить взаимосвязь между составом, микроструктурой и биомедицинскими характеристиками (остеоиндукцией, резорбцией) полученной керамики.

2013 г: Впервые изучены закономерности осаждения АПФК из растворов. Анализ ионных равновесий показал, что сильное межионное взаимодействие в растворах солей, содержащих ионы кальция и пирофосфатные ионы приводит, в конечном итоге, к образованию низкосимметричных кластеров (гипотетически, состава Са8(Р2О7)4•хН2О и размером примерно 1 нм, которые выступают в качестве ростовых единиц при формировании различных форм ПФК). Предложена модель агрегации кластеров АПФК, приводящая к расслоению золя и образованию мезопористого геля, из которого образуются первичные частицы АПФК с размерами порядка 50 нм. Длительный контакт осадков АПФК с маточным раствором приводит к образованию кристаллогидратов по маршруту растворения-осаждения. Катионный и анионный составы раствора влияют на строение образующегося АПФК. Показано, что удобным вариантом синтеза аморфных прекурсоров АПФК и смешанно-анионного АПФК-АФК прекурсора является синтез с использованием в качестве одного из реагентов пирофосфата аммония. Качество коммерческого реактива данного соединения, получаемого нейтрализацией термически приготовленной пирофосфорной кислоты, неудовлетворительно. Поэтому в рамках проекта предложен и отработан оригинальный способ получения пирофосфата аммония, основанный на использовании ионно-обменных смол для замены щелочных или щелочноземельных ионов в полифосфатах на протон и последующей нейтрализации кислоты аммиаком. Впервые получены смешанно-анионные прекурсоры во всем диапазоне составов АПФК – АФК и показано, что анионный состав раствора воспроизводится в твердой аморфной фазе. Термическая устойчивость смешанно-анионных аморфных прекурсоров и рентгенографические данные позволяют предположить равномерное распределение анионов по объему аморфного осадка и представить формулу смешанно-анионного прекурсора в виде твердого раствора Са3-х(РО4)2-2х(Р2О7)х•уН2О. Исследовано реологическое поведение высококонцентрированных суспензий (ВКС) на основе смешанно-анионных аморфных прекурсоров и показано, что значения их вязкости в широком диапазоне скоростей сдвига соответствуют псевдопластичному поведению. Потеря агрегативной устойчивости ВКС выражается не в расслоении суспензии, а в ее медленном «схватывании», подобно тому, как это происходит в цементных пастах. На основе ВКС были приготовлены шликеры коллоидного формования. Литьем в разборные полилактидные формы, изготовленные методом термоэкструзионный трехмерной печати, были получены шарообразные отливки. Были получены образцы бифазной керамики ТКФ/ПФК из аморфного прекурсора Ca3-y(P2O7)y(PO4)2-2y. 2014 г: 1) исследовано изменение агрегативной устойчивости ВКС на основе различных смешанно- анионных аморфных прекурсоров (как для Са/Р=1 -1.5., так и для Са/Р=0.5 – 1) в широком диапазоне рН, температур и ионных сил раствора, и при различных модифицирующих добавках. Эти результаты позволили определить условия коллоидного формования ВКС и последующей термообработки отливки. 2) Впервые были получены однородные аморфные фазы с регулируемым отношением Са/Р = 0.5 – 1. Технология их получения опиралась на полученную зависимость Са/Р (в твердой фазе) = f( Са/Р раствора). Дифракционными, электронномикроскопическими и, возможно, радиоспектроскопическими методами исследован ближний порядок в аморфных прекурсорах со смешанными анионами и оценена однородность распределения фосфатных анионов. 3) Былопроведено исследование спекания (уплотнения и роста зерен) сформованных отливок аморфных фосфатов. Сопоставлены микроструктуры коллоидных отливок и спеченной керамики. Был проведен выбор оптимальных режимов спекания. На полученных керамиках были проведены испытания механических характеристик (прочность на сжатие, трещиностойкость). 4) Избранные образцы композитных биокерамик были подготовлены к биологическим испытаниям in vitro.