ИСТИНА

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы создания ультразернистой керамики медицинского назначения на основе фосфатов кальция с размером зерен не более 200 нм для замены поврежденной или утраченной костной ткани, создания систем доставки лекарственных средств и субстратов для культивирования и дифференциации клеток. Основной задачей проекта является разработка методов получения ультразернистой керамики с размером зерен не более 200 нм на основе фосфатов кальция (гидроксиапатита - Ca10(PO4)6(OH)2 - ГАП, трикальцийфосфата - Са3(РО4)2 - ТКФ, пирофосфата - Са2Р2О7- ПФК) в присутствии спекающих добавок с низкой температурой плавления (биосовместимых хлоридов натрия, калия, кальция, магния, цинка), формирующих при спекании расплавы с высокой поверхностной активностью и способных вступать в реакцию с фосфатами кальция с образованием новых биосовместимых фаз на поверхности зерен, при обжиге компактных порошковых заготовок на воздухе, без использования приемов получения ультразернистой и нанокерамики сложных в аппаратурном оформлении (горячее прессование, спекание в дуговом разряде и т.п.) В рамках проекта предполагается: 1) исследовать закономерности смачивания и кинетику растекания расплавов солей (биосовместимых хлоридов) по поверхности поликристаллов ГАП, ТКФ и ПФК; 2) исследовать растворимость компактных спеченных образцов (поликристаллов) фосфатов кальция в расплавах биосовместимых хлоридов, а также диффузию компонентов добавки из расплава в структуру ГАП, ТКФ и ПФК; 3) исследовать процессы (уплотнения, фазообразования, роста зерен), протекающие в порошковых системах «фосфат кальция/биосовместимый хлорид» при формировании керамического материала и определить значимые для создания ультразернистой керамики на основе нанопорошков фосфатов кальция интервалы температур; 4) определить состав и свойства порошковых систем, обеспечивающих при обжиге на воздухе формирование керамики с размером зерен не более 200 нм и в интервале 200 – 600 нм; 5) на основании исследования процессов смачивания и взаимного растворения компонентов в системе фосфат кальция/биосовместимый хлорид, а также эволюции микроструктуры предложить механизм взаимодействия биосовместимых хлоридов и фосфатов кальция ГАП, ТКФ и ПФК при формировании ультразернистой керамики с размером зерен не более 200 нм и в интервале 200-600 нм; 6) Предполагая, что спекание проходит в присутствии жидкой фазы, сопровождается протеканием химической реакции и включает стадии перегруппировки частиц, растворения - кристаллизации кристаллической фазы, рекристаллизации и диффузионного спекания, выявить особенности механизма спекания нанокристаллических порошков фосфатов кальция, определив доминирующую стадию, в зависимости от количества добавки биосовместимого хлорида; 7) исследовать взаимосвязь микроструктуры и свойств ультразернистой керамики, в том числе механических характеристик и растворимости в модельных средах.

Настоящий проект был направлен на решение проблемы создания ультразернистой (субмикронной) керамики медицинского назначения на основе фосфатов кальция для замены поврежденной или утраченной костной ткани, создания систем доставки лекарственных средств и субстратов для культивирования и дифференциации клеток. В качестве объектов исследования были выбраны наноразмерные порошки и керамика на основе фосфатов кальция с относительно высокой температурой обжига 1100-1300оС, включающая в качестве доминирующих высокотемпературные фазы гидроксиапатита (Ca10(PO4)6(OH)2; Са/Р=1,67; ГАП), трикальцийфосфата (Са3(РО4)2; Са/Р=1,5; ТКФ) и пирофосфата кальция (Са2Р2О7; Са/Р=1; ПФК). В качестве добавок управляющих спеканием использовали биосовместимые хлориды натрия, калия, кальция, магния, цинка. Для получения керамики были разработаны и использованы синтезы однофазных наноразмерных порошков ГАП, гидратированного ТКФ и ПФК активных к спеканию. NaCl, KCl, CaCl2 образуют расплавы с высокой поверхностной активностью по отношению к поверхности фосфатов кальция, выбранных в качестве объектов исследования. Расплавы перечисленных хлоридов рассмотрены как высокотемпературные поверхностно-активные вещества, поскольку обладают способностью снижать поверхностную энергию фосфатов кальция, что было показано экспериментально. Расплавы данных хлоридов смачивают поверхность фосфатов кальция и растекаются по ней с большой скоростью при стремлении краевого угла смачивания к 0. При нагревании MgCl2, ZnCl2 подвергаются высокотемпературному гидролизу, образуют оксихлориды, которые затем преобразуются в оксиды, реагирующие с образованием новых соединений (например, CaMgP2O7 или Ca19Zn2(PO4)14 при получении керамики на основе порошка ПФК), а спекание протекает по твердофазному механизму. По реакционной способности в отношении исследованных фосфатов кальция (ФК) хлориды можно расположить по убыванию следующим образом: СаCl2>NaCl>MgCl2 >КCl. При взаимодействии фосфатов кальция и биосовместимых хлоридов образуются следующие соединения: ренанит (NaCaPO4), хлорапатит (Са10(РО4)6Cl2), сподиозит (Ca2PO4Cl), двойной прирофосфат калия кальция K2CaP2O7, ортофосфата магния Mg2(PO4)3, двойного ортофосфата кальция магния. Ультразернистая керамика на основе ГАП с равноосными зернами размером 400-600 нм получена при использовании в качестве добавок хлоридов щелочноземельных металлов (кальция и магния). Ультразернистая керамика на основе ПФК с размером зерен 300-500 нм при использовании добавки KСl, а с размером зерен 500-1000 нм при использовании добавки MgCl2. Ультразернистая керамика получена на основе порошка гидратированного ТКФ с размером зерен 300-600 нм, благодаря присутствию углерода, образующегося при карбонизации сопутствующего продукта реакции синтеза (ацетата аммония).