ИСТИНА

Основной задачей данного проекта является разработка способа создания высокорезорбирумого остеоиндуцирующего каркаса для КТИ на основе карбонатгидроксиапатита Са10-х/2(РО4)6-х(СО3)х(ОН)2-2у(СО3)у (КГА), октакальциевого фосфата Са8(НРО4)2(РО4)4•5Н2О (ОКФ), дигидрата дикальциевого фосфата (или брушита) СаНРО4•2Н2О (ДКФД).. Идея, лежащая в основе этого способа, состоит в обработке предварительно сформированного керамической ВПЯМ-преформы (на основе замещенных трикальциевых фосфатов) в водных растворах солей, приводящей к искомым целевым фазам с сохранением формы и сплошности ВПЯМ-каркаса. Для реализация данной идеи необходимо решить следующие задачи: 1) сформировать керамические ВПЯМ-преформы на основе замещенных трикальциевых фосфатов; 2) исследовать кинетику и механизм взаимодействия керамической основы преформы с растворами; 3) исследовать взаимосвязь между микроструктурой керамической преформы, микроструктурой гидролитически конвертированного ВПЯМ-каркаса и его прочностными характеристиками; 4) подготовить полученные ВПЯМ-каркасы к биомедицинским испытаниям in vitro. План работ на весь срок проекта включает: 1. Выбор материала ВПЯМ-каркаса. Отработка технологии получения керамического ВПЯМ-каркаса методом репликации пенополиуретановой губки. 2. Исследование кинетики и режима протекания реакции гидролитической конверсии модельных образцов плотной и ВПЯМ керамик с различной микроструктурой в буферных растворах с различным уровнем рН. 3. Детальные исследования микроструктуры конвертированных преформ. Исследование прочности конвертированных преформ в режиме одноосного сжатия.

2013 г: Проблема поиска оптимальной технологии ВПЯМ-каркаса формализована в рамках задачи топологической оптимизации. Впервые предложено рассматривать создание остеокондуктивного ВПЯМ-каркаса в рамках комплексной проблемы ЕхР – суперпозиции упругой проблемы (Е) и достижения максимальной проницаемости (Р). В качестве начального приближения предложено использовать топологию структуры Кельвина – ОЦК решетки из кубооктаэдрических пор, имеющей сквозные каналы вдоль направлений [100] и [110]. Для получения керамических ВПЯМ-каркасов на этапе 2013г. была впервые использована технология заполнения пластиковых преформ. Пластиковые преформы были получены с помощью технологии трехмерной термоэкструзионной печати, с помощью трехмерного принтера. Было исследовано влияние следующих параметров трехмерной печати: а) толщина слоя полимера; б) плотности заполнения; в) толщины оболочки детали; г) скорости печати по высоте; д) температуры термоэкструзии; е) скорость передвижения печатающей головки в плоскости; ж) скорости охлаждения пикселя; з) диаметра отверстия печатающей головки; а также состава керамического шликера и условий термообработки заполненной им формы. Показано, что полученные таким образом ВПЯМ обладают лучшими прочностными характеристиками по сравнению с технологией репликации сетчато-ячеистого полиуретана. Исследование прочностных характеристик керамики на основе двойных фосфатов Ca(3-x)М2x(PO4)2 (x=0÷1, М=Na, K) свидетельствует об упрочнение составов в области х=0.6-0.8, содержащих наибольшее количество переохлажденной высокотемпературной модификации α-СаМРО4. Распространение трещин в подобных композитах связано с особенностями фазовых превращений CaМPO4. Гидратация трикальциевого фосфата при гидролитической обработке ВПЯМ-каркаса является диффузионно-контролируемой реакцией. Температура проведения реакции определяет не только скорость гидратации, но и морфологию продукта реакции. Морфологический переход, выражающийся в смене габитуса кристаллов гидроксиапатита с пластинчатого на игольчатый, происходит при 60-80оС и связан с ускорением процессов образования и роста зародышей. 2014 г: Основной задачей данного проекта является разработка способа создания высокорезорбируемого остеоиндуцирующего каркаса для КТИ (конструкций тканевой инженерии) на основе (К)ГА, ОКФ или брушита. Идея, лежащая в основе этого способа, состоит в обработке предварительно сформированной керамической ВПЯМ-преформы (на основе замещенных трикальциевых фосфатов) в водных растворах солей, приводящей к искомым целевым фазам с сохранением формы и сплошности ВПЯМ-каркаса. В работе получены керамические ВПЯМ-каркасы с прочностью до 0.25 МПа и пористостью 70% как традиционным методом репликации сетчато-ячеистого пенополиуретана, так и шликерным литьем в пластиковые формы, изготовленные с помощью технологии трехмерной термоэкструзионной печати на трехмерном принтере. В качестве материала ВПЯМ-каркаса впервые использованы двойные фосфаты Ca3-xМ2x(PO4)2 в широком диапазоне составов (x=0?1, М=Na, K). Впервые детально исследованы фазовые равновесия и превращения в системах Са3(РО4)2 – NaCaPO4 и Са3(РО4)2 –KCaPO4 с целью выбора составов для изготовления макропористой керамики. Распространение трещин в изученных композитах связано с особенностями фазовых превращений ????CaМPO4; быстро протекающее полиморфное превращение вызывает образование трещин, значительный положительный объемный эффект превращения может приводить к разрушению образцов керамики. Для предотвращения этого явления нами впервые предложено использовать керамику, содержащую высокотемпературные полиморфные модификации ?-CaMPO4 нестехиометрического состава с Cа/М>1. Результаты механических испытаний свидетельствуют об упрочнение составов в области х=0.6-0.8, содержащих наибольшее количество переохлажденной высокотемпературной модификации ?-СаМРО4. Гидратация двойных фосфатов при гидролитической обработке ВПЯМ-каркаса является диффузионно-контролируемой реакцией. Температура проведения реакции определяет не только скорость гидратации, но и морфологию продукта реакции. Объяснение прочностных характеристик поверхностного слоя ВПЯМ-преформы, подвергнутого гидролитической конверсии дано в рамках представлений физико-химической механики о фазовых контактах ГА/ГА - сростках кристаллов, имеющих межкристаллитную границу. Обработкой ВПЯМ-преформ в буферных растворах с различным уровнем рН впервые были получены макропористые фосфатные керамики с поверхностью, модифицированной кристаллами брушита, ОКФ и ГА. Прочность конвертированных преформ падает до величин менее 0.1 МПа в ряду образовавшихся в результате конверсии фаз ГА>ОКФ>брушит