Биорезорбируемые макропористые керамические материалы в системе Ca(PO3)2-Ca2P2O7, полученные с использованием стереолитографической 3D-печатидипломная работа (Магистр)
Аннотация:Материалы, предназначенные для костной имплантации, должны быть биосовместимыми, остеокондуктивными и способными к резорбции. Фосфаты кальция (ФК) с соотношением Ca/P<1,67 биосовместимы за счет сходства с неорганической составляющей
естественной костной ткани человека, а их способность к резорбции возрастает с уменьшением соотношения Са/Р. Получение хороших остеокондуктивных свойств, обусловленных высокой проницаемостью и пористостью, возможно с использованием методов
3D-печати (напр., стереолитографии) в процессе формования.
Цель данной работы – получение резорбируемых макропористых керамических
кальцийфосфатных материалов с соотношением 0,5≤Ca/P≤1 с использованием для формования метода стереолитографической печати, а также исследование их свойств. Объектами исследования стали порошки пирофосфата кальция Ca2P2O7 (Ca/P=1; 0 мол.%
Ca(PO3)2), полифосфата кальция Ca(PO3)2 (Ca/P=0,5, 100 мол.% Ca(PO3)2), порошковые
смеси, содержащие 5, 10, 15, 20 и 50% Ca(PO3)2, суспензии для стереолитографической
печати, прекерамические полуфабрикаты «полимер – порошок ФК», а также плотная и
макропористая керамика в системе Ca(PO3)2-Ca2P2O7 с заданной архитектурой порового
пространства (типа «гироид»).
Для синтеза исходных порошков к растворам кислот (поли- или пирофосфорной), полученных с помощью ионного обмена (статическим и динамическим методом) из растворов поли- или пирофосфата натрия, приливали раствор ацетата кальция, смешанный с
водным раствором аммиака, и доводили до pH = 10. После фильтрования и сушки были
получены рентгеноаморфные осадки гидратированных ФК Ca(PO3)2*H2O и
Ca2P2O7*2H2O. Полученные порошки смешивали в заданных соотношениях, дезагрегировали и подвергали термической обработке при Т=500oC. После предварительной термообработки порошки обладали серой окраской, обусловленной присутствием продуктов
термической деструкции побочного продукта реакции – ацетата аммония. Затем эти порошки дезагрегировали с ПАВ и использовали для приготовления светоотверждаемых
суспензий для стереолитографической печати. Присутствие в суспензии, предназначенной для формования, окрашивающего компонента позволяло значительно улучшить латеральное разрешение печати. Полученные в результате стереолитографической печати
прекерамические полуфабрикаты состава «полимер-порошок фосфата кальция» подвергали термической обработке для удаления полимера и получения керамики заданного состава и архитектуры.
Фазовый состав керамики был представлен β-Ca(PO3)2, тромелитом Са4Р6О19 и β-Ca2P2O7. Полифосфат кальция рассматривался как спекающая (до 20%) и/или порообразующая добавка при получении керамики. Пористость полученных с помощью стереолитографической печати керамических материалов составляла более 85%, а прочность на сжатие достигала 2-3 МПа. Исследования материалов in vitro, включая тесты на цитотоксичность, а также растворимость в нейтральной и кислой среде, показали, что полученные материалы являются биосовместимыми и характеризуются достаточной скоростью
резорбции.
Разработанные макропористые керамические материалы в системе Ca(PO3)2-Ca2P2O7,
обладают высокими остеокондуктивными свойствами и могут быть рекомендованы для
использования в качестве костных имплантатов непосредственно или в качестве неорганической резорбируемой основы для конструкций тканевой инженерии.
