Фундаментальное материаловедение

Синтез порошков фосфатов кальция для получения многофазной керамики
Ширяев М.А., Сафронова Т.В.
студент
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
E-mail: shiryaev.michael@gmail.com
Получение и исследование биосовместимых материалов в качестве костных
имплантатов – одна из важнейших задач, стоящих перед материаловедением.
Необходимость таких научных порывов – это реальность сегодняшнего мира, в котором
количество людей, нуждающихся в замене костной ткани, исчисляется сотнями тысяч
каждый год. Здесь наука сталкивается с трудностями, многие из которых связаны с
противоречивостью требований, выдвигаемых биоматериалам: такой материал должен
проявлять биоактивность и в то же время обладать достаточными механическими
характеристиками. Получение таких материалов – непростая задача, необходимы
принципиально новые подходы, способные привести к ее решению. Один из них –
синтез композиционных материалов с регулируемым уровнем биорезистивностибиорезорбируемости.
В качестве биорезистивной фазы выступает гидроксиапатит.
Биорезистивная фаза, которая должна растворяться в организме по мере нарастания
кости, давая материал для ее образования, может быть представлена различными
фосфатами, в частности, пирофосфатом кальция, получаемым разложением монетита.
Влияние пирофосфата кальция практически не было изучено, хотя известно, что он
обладает биорезорбируемостью, высокой биоактивностью и способен инициировать
нарастание костной ткани.
Цель нашей работы – синтез порошков гидроксиапатита (ГАП) и монетита
(прекурсора пирофосфата кальция) и исследование их свойств.
Порошки ГАП и монетита были получены из растворов хлорида кальция и
гидрофосфата калия разных концентраций. Синтез ГАП проводили при рН ~ 9-10
(щелочность среды была обеспечена с помощью добавления гидроксида калия) при
60°С. Монетит синтезировали также из растворов хлорида кальция и гидрофосфата
калия разных концентраций без регулирования рН при 80°С. Концентрацию исходных
растворов варьировали от 0,25 до 1 моль/л.
С помощью РФА было показано, что порошки, как и ожидалось, состоят из
основной фазы – ГАП или монетита. Также порошки содержат значительное количество
сопутствующего продукта реакции KCl, адсорбированного на поверхности частиц
фосфатов кальция. Этот факт в дальнейшем не может не сказаться на спекании керамики
и на тех химических процессах, которые могут протекать при температуре обжига (900 -
1000 °С), которыми являются высотемпературные превращения и взаимодействие
исходных веществ.
В ходе работы было исследовано влияние температуры, концентраций и
соотношения исходных растворов на такие важные характеристики порошков ГАП и
монетита, как их выход, содержание сопутствующего продукта, размер частиц и
насыпную плотность.
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.