Фундаментальное материаловедение

Получение композиционного материала на основе гидроксиапатита и пирофасфата
кальция.
Шехирев М.А., Сафронова Т.В., Путляев В.И.
студент
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
E-mail: shekhirev@gmail.com
Одним из важных направлений современного неорганического материаловедения
является разработка биоматериалов на основе фосфатов кальция. Синтетический
гидроксиапатит кальция (ГАП) – широко распространенный материал, применяемый в
медицине для лечения поврежденных костных тканей благодаря химическому и
фазовому подобию ее неорганической составляющей.
В настоящее время на первый план вышел так называемый регенерационный
подход, в рамках которого акцент делается на замещение биоматериала растущей
костью. Регенерационный подход требует от современных биоматериалов прежде всего
ускорения процесса срастания, замены имплантата новой костной тканью и
остеостимулирующего действия материала имплантата.
Одним из известных способов повышения резорбируемости керамики является
переход к химическому модифицированию гидроксиапатита. Другой способ улучшения
биологических характеристик материала заключается в переходе к многофазным
материалам, содержащим более растворимые фосфаты кальция по сравнению с ГАП. В
данной работе использование пирофосфата кальция (ПФК) в качестве резорбируемой
фазы керамики обусловлено несколькими причинами. Во-первых, растворимость ПФК в
воде больше, нежели растворимость трикальцийфосфата (ТКФ). Во-вторых,
исследования in vitro по культивированию фибробластов человека показали большую
активность ПФК по сравнению с ТКФ.
Целью работы являлось получение керамического материала на основе ПФК и
ГАП. Основными задачами стало: 1) исследование условий растворного синтеза на
размер частиц брушита и монетита, 2) исследование термического поведения смеси
ГАП/брушит.
Для управления свойствами керамического материала огромное значение имеет
изучение микроструктуры получаемого композита. Одним из методов управления
микроструктурой является варьирование размеров частиц в исходной смеси. В связи с
этим в работе исследовано влияние условий растворного синтеза (концентрации
растворов солей, температура, режим термообработки) на размер частиц пирофосфата
кальция. Установлено, что применение быстрого нагрева позволяет снизить размер
частиц ПФК с 5-10 мкм до 0.5 мкм.
При высоких температурах в смеси ПФК-ГАП протекает реакция с образованием
ТКФ.
Ca2P2O7 + Ca10(PO4)6(OH)2 = 4Ca3(PO4)2 + H2O
Кинетический контроль данной реакции позволит получать не только
двухфазные материалы ГАП/ТКФ и ТКФ/ПФК, но и трехфазные материалы
(ТКФ/ПФК/ГАП), скорость резорбции которых можно плавно изменять, варьируя
соотношение фаз.
Работа была выполнена в рамках ФЦП «Исследования и разработки по
приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на
2007-2012 годы», Госконтракты № 02.513.11.3159 и № 02.513.11.3160, а также при
финансовой поддержке грантов РФФИ 07-08-00576, 08-03-00836.