Двойные фосфаты Ca(3-x)M2x(PO4)2 (M=Na, K) как основа макропористой биокерамики со специальной архитектурой

• Автор: Евдокимов, Павел Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Содержание

Список используемых сокращений

1. Введение

2. Обзор литературы

2.1. Материалы биомедицинского назначения

2.2. Строение и свойства костной ткани

2.3. Кристаллохимия апатита

2.4. Трнкальциевый фосфат (ТКФ) Саз(РО^)

2.5. Пирофосфат кальция (ПФК)

2.5.1. Кристаллохимия

2.5.2. Методы получения ПФК

2.6. Смешанный фосфат кальция и натрия CaNaPO.) (Ренанит)
2.6.1. Кристаллохимия
2.6.2. Методы получения CaNaPO-i
2.7. Смешанный фосфат кальция и калия СаКРО.)
2.7.1. Кристаллохимия
2.7.2. Методы получения СаКРО.»
2.8. Фазовые равновесия в системе СаО-РгОз-МагО
2.9. Получение макропористой керамики
2.9.1. Метод реплик
2.9.2. Метод удаляемых добавок (порообразующих добавок)
2.9.3. Получение пористой керамики путем вспенивания суспензий
2.10. Технологии быстрого прототипирования
2.10.1. Порошковая 3D печать (англ. Powder-based Three Dimensional Printing (3DP).
2.10.2. Термоэкструзионная печать
2.10.3. Стереолитография
2.11. Архитектура каркасов для создания остеокондуктивных материалов
2.12. Оценка биоактивности материалов
2.13. Выводы из литературного обзора
3. Экспериментальная часть
3.1. Подготовка образцов
3.1.1. Синтез трикальциевого фосфата (ТКФ)
3.1.2. Синтез пирофосфата кальция термическим разложением брушита
3.1.3. Синтез двойных смешанных фосфатов кальция и щелочных металлов
3.1.4. Исследование поведения двойных смешанных фосфатов кальция и щелочных металлов в водной среде
3.1.5. Получение керамики
3.1.6. Получение макропористых керамических материалов с помощью репликации формы ППУ губки
3.1.7. Получение макропористой керамики с использованием технологий трехмерной печати
3.2. Методы исследования образцов и обработка экспериментальных данных
3.2.1. Рентгенографические исследования. Качественный и количественный рентгенофазовый анализ (РФА)
3.2.2. Растровая электронная микроскопия
3.2.3. Инфракрасная спектроскопия (ИК)
3.2.4. Термогравиметрический и дифференциальный термический анализ
3.2.5. Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА)
3.2.6. Дилатометрические измерения
3.2.7. Расчет геометрической плотности
3.2.8. Определение распределения частиц порошка по размерам

3.2.9. Определение критической энергии полимеризации и глубины полимеризации
3.2.10. Ионометрия растворов
3.2.11. Механические испытания
3.2.12. Биологические испытания in vitro
3.2.13. Биологические испытания in vivo
3.3. Термодинамические расчеты
4. Обсуждение результатов
4.1. Фазообразование в смесях солей Na2C03 - Са2Р207 - СаСОз, NaCl - Са2Р207 -СаСОз, К2СОз — Са2Р207 — СаСОз, КС1 — Са2Р207 — СаСОз
4.1.1. Выбор условий синтеза Са(з.Х)М2х(Р04)2 (M=Na, К и х=0 -1)
4.2. Фазовые диаграммы Са3(Р04)2 - CaNaP04 и Саз(РС>4)2 - СаКР
4.2.1. Полиморфизм Саз(Р04)
4.2.2. Система Саз(Р04)2 - CaNaP
4.2.3. Система Са3(Р04)2-СаКР
4.2.4. Термодинамическая оценка растворимости основных кристаллических фаз в системах Са3(Р04)2 - CaNaP04 и Саз(Р04)2 - СаКР
4.2.5. Керамика на основе Ca(3.X)Na2x(P04)
4.2.6. Микроструктура спеченных образцов Ca(3.X)Na2x(P04)
4.2.7. Взаимодействие образцов Ca(3.X)Na2x(P04)2 с водой
4.2.8. Керамика на основе Са<з.Х)К2х(Р04)
4.2.9. Взаимодействие Са<з.Х)К2х(Р04)2 с водной средой
4.2.10. Механические характеристики CaQ.x)M2x(P04)
4.2.11. Биологические испытания in vitro
4.3. Макропористая керамика на основе Са(з.Х)М2х(РС>4)
4.3.1. Получение макропористой керамики
4.4. Растворимость образцов макропористой керамики на основе Са(з.Х)М2х(Р04)
4.5. Биологические испытания in vitro и in vivo образцов макропористой керамики на основе Са(з.Х)М2х(РС>4)
5. Выводы
6. Список литературы
7. Приложения

Список используемых сокращений
ГА - гидроксиапатит Сат(РС>4)б(ОН)
ТКФ - трикальцийфосфат Саз(Р04)
ПФК - пирофосфат кальция Са2Р
АФК - аморфный (орто)фосфат кальция Саз(Р04)2хН
АПФК - аморфный пирофосфат кальция Са2Р207 хН
ДКФД - дикальциевый фосфат дигидрат (брушит) СаНР04-2Н
МКФМ — монокальциевый фосфат моногидрат Са(Н2Р04)2Н
нГА- нестсхиометрический гидроксиапатит Са(іо.Х)(НР04)х(Р04)(б-х)(ОН)(2-х)
FFF - термоэкструзионная печать (от англ. Fused Filament Fabrication)
SLA - стереолитография ППУ - пенополиуретан
ВПЯМ - высокопористый проницаемый ячеистый материал
ВКС- высококонцентрированная суспензия
РФА - рентгенофазовый анализ
ИК-спектроскопия - инфракрасная спектроскопия
РЭМ - растровая электронная микроскопия
ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия
SBF - искусственная межтканевая жидкость (от англ. Simulated Body Fluid)
МТТ тест - исследование цитотоксичности материала (сокр. 3-[4,5-диметилтиазолил-2-ел]-2,5-дифенилтетразолиум бромид)

Система перемещения и пространстве по осям %-у-г
Столик для печатаемою объекта
Пиляча
срмоллястнчного
полимера
Термоэкструзионная печать
Толщина слоя:
20-370 мкм [86-89]
Минимальный размер элемента: диаметр отверстия экструдера: 150-700 мкм [87]
Преимущества:
+ Низкая стоимость материалов 1)Минимальное количество отходов 1) Возможность получение композитных структур
Недостатки:
• Низкое разрешение печати
• Анизотропия механических свойств
• Высокие температуры при печати
Система
позиционирования
изображении Источник свої а

Трехмерный
объект
Стереолитография
Толщина слоя:
1 мкм[90, 91]
Минимальный размер элемента: 1-5 мкм[92]
10-70 мкм [90] [93]
Преимущества:
1)Высокое разрешение 1) Возможность использования большого количества материалов в качестве наполнителя фотополимера 1) Возможность использования ВКС (>55% порошка по объему)
Недостатки:
• Использование фотополимера
• Необходимо использование структуры поддержки
• Рассеяние света на керамических частицах
• Высокая вязкость суспензий
Система
сканирования
Селективное лазерное спекание
Толщина слоя:
20-100 мкм[94-96]
Минимальный размер элемента: 30-100 мкм [94]
Преимущества:
1)Высокие механические характеристики 1)Нет необходимости в поддерживающих структурах 1)Создание металлических изделий
Недостатки:
• Высокие температуры при процессе спекания
• Шероховатость поверхности
• Порошок с узким распределением частиц по размерам
2.10.1. Порошковая 3D печать (англ. Powder-based Three Dimensional Printing (3DP)
Порошковая ЗО-печать была предложена в 1993 году [97]. В основе данного метода лежит привычная нам струйная печать на бумаге. В начале происходит распределение тонкого слоя порошка (полимера или керамических частиц) на рабочей поверхности,