Дослідження температурного коефіцієнту лінійного розширення біосумісних склокристалічних матеріалів на основі системи Li₂O-СaO-ZrO₂-TiO₂-MgO-ZnO-Al₂O₃-B₂O₃-P₂O₅-SiO₂

Abstract

Встановлена перспективність застосування біосумісних скаффолдів із архітектонікою кісткової тканини для заміщення значних ділянок кісткової тканини. Встановлена необхідність створення зміцнених пористих біоактивних склокристалічних матеріалів, які експлуатуються в умовах змінних навантажень та характеризуються високими остеокондуктивними та остеоіндуктивними властивостями. Визначено основні критерії формування зміцненої ієрархічної пористої структури біоактивних склокристалічних матеріалів в умовах термічної обробки. Обґрунтовано вибір системи Li₂O-СaO-ZrO₂-TiO₂-MgO-ZnO-Al₂O₃-B₂O₃-P₂O₅-SiO₂, в межах якої обрані склади стекол серії ОС з вмістом основних компонентів та модифікуючих добавок, у мас. %: CaF₂ 0,5-2,5; CeO₂ 0,01-0,05; SrO 0,01-0,05; Nb₂O₃ 0,01-0,1; SrO 0,01-0,1 та зі співвідношенням Са:P = 1,67 та SiO₂:Li₂O = 4,0 та розроблено склокристалічні матеріали, які характеризуються вмістом кристалічних фаз гідроксиапатиту та дисилікату літію для формування біоактивної зміцненої структури. Проаналізовано вплив хімічного та фазового складу модельних стекол на кристалізаційну здатність та термічні властивості склокристалічних матеріалів на їх основі. Визначено, що показник ТКЛР для дослідних скломатеріалів в температурному інтервалі 25-600°С складає 78-130,2·10⁻⁷°С⁻¹ і визнається видом та вмістом кристалічних фаз та складом склофази. Встановлено, що формування ситалізованої взаємозв’язаної структури з наявністю 50 об. % гідроксиапатиту та 10 об. % літію дисилікату з ТКЛР близько 100·10⁻⁷°С⁻¹, визначає можливість одержання якісних міцних та бездефектних пористимих біосумісних матеріалів та покриттів по сплавівам титану на основі кальційсилікофосфатних склокристалічних матеріалів для створення єдиної конструкції ендопротезу. Створення зміцнених наноструктурованих склокристалічних матеріалів з ієрархічною пористою структурою, здатністю до витримки термічного навантаження та формування міцного сполучення зі сплавами з титану дозволить вирішити нагальні проблеми заміщення значних ділянок кісткової тканини.

The prospect of using biocompatible scaffolds with bone tissue architecture to replace large areas of bone tissue has been established. The necessity of creating reinforced porous bioactive glass-crystalline materials, which are operated under conditions of variable loads and characterized by high osteoconductive and osteoinductive properties, has been established. The main criteria for the formation of a reinforced hierarchical porous structure of bioactive glass-crystalline materials under the conditions of heat treatment have been determined. The choice of the system is justified Li₂O-СaO-ZrO₂-TiO₂-MgO-ZnO-Al₂O₃-B₂O₃-P₂O₅-SiO₂, within which the compositions of the OS series glasses with the content of the main components and modifying additives are selected, wt. %: CaF₂ 0,5-2,5; CeO₂ 0,01-0,05; SrO 0,01-0,05; Nb₂O₃ 0,01-0,1; SrO 0,01-0,1 and with the ratio Са:P = 1,67 and SiO₂:Li₂O = 4,0 and glass-crystalline materials were developed, which are characterized by the content of crystalline phases of hydroxyapatite and lithium disilicate for the formation of a bioactive reinforced structure. The influence of the chemical and phase composition of model glasses on the crystallization ability and thermal properties of glass-crystalline materials based on them was analyzed. It was determined that the indicator TСLЕ indicator for experimental glass materials in the temperature range of 25-600 °С is 78-130,2·10⁻⁷°С⁻¹ and is recognized by the type and content of crystalline phases and the composition of the glass phase. It was established that the formation of a sytalized interconnected structure with the presence of 50 vol. % hydroxyapatite and 10 об. % lithium with TСLЕ about 100·10⁻⁷°С⁻¹, determines the possibility of obtaining high-quality durable and defect-free porous biocompatible materials and coatings on titanium alloys based on calcium-silicophosphate glasscrystalline materials for creating a single endoprosthesis design. The creation of reinforced nanostructured glass-crystalline materials with a hierarchical porous structure, the ability to withstand thermal loads and the formation of a strong connection with titanium alloys will allow solving the urgent problems of replacing significant areas of bone tissue.