05.12.19

Найден способ улучшить имплантаты для костной ткани

Ученые из Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова (ИМЕТ) РАН провели исследование термической стабильности созданного ими аналога неорганической составляющей костной ткани. Это позволило ученым найти способ улучшения измеренных характеристик для применения в медицинских целях. Результаты работы опубликованы в журналах Journal of Materials Research and Technology и The Journal of Physical Chemistry B.

Гидроксиапатит (ГА) — это основной минеральный компонент естественной костной ткани. Его получают в виде порошка и подвергают термической обработке – спеканию при высоких температурах. При этом, начиная с температуры 1100 °С этот материал начинает разлагаться с удалением из его структуры ОН–групп, что приводит к фазовому распаду и появлению нежелательных продуктов разложения в имплантате.

Сотрудники ИМЕТ РАН исследовали влияние различных катионов на термическую стабильность гидроксиаппатита. Цель работы состояла в том, чтобы сделать материал подходящим для нанесения покрытий на имплантаты из Al2O3 или Ti6Al14V.

В первой работе ученые установили, что если вводить в структуру гидроксиапатита алюминий в количествах до одного мольного процента, то он станет разлагаться уже при 1200 °С. Но дальнейшее повышение концентрации, напротив, дестабилизирует кристаллическую решетку и приводит к падению термической стабильности, вплоть до полного перехода из ГА в фосфат уже при 900°С при введении 20 мольных процентов алюминия.

Во второй работе ученые установили влияние алюминия на электронный парагнитный резонанс и электрон-ядерный парамагнитный резонанс и построили модель того, как катионы алюминия входят в решетку гидроксиаппатита. Сделать это позволило использование теории функционала плотности. Затем ученые провели аттестацию спеченных материалов in vitro. Измерения показали улучшение биологических характеристик алюминий-содержащих материалов по сравнению с чистым ГА.

«Хотя сведения о влиянии алюминия в виде соединений на организм человека сегодня зачастую противоречат друг другу, его продолжают применять в качестве основы для инъекций, носителя лекарственных средств, а также в качестве добавки при создании имплантатов. Наши исследования показывают, что введение малых доз этого элемента в решетку гидроксиапатита в виде иона позволили улучшить биосовместимости и росту матриксных свойств поверхности имплантата», – объясняет первый автор работы, научный сотрудник ИМЕТ РАН Маргарита Гольдберг.

Читайте также