РАЗРАБОТКА  МАТЕРИАЛА  БИОСОВМЕСТИМОГО  ДЕНТАЛЬНОГО  ИМПЛАНТАТА

Черных  Екатерина  Сергеевна

студент  Алтайского  государственного  технического  университета  им.  И.И.  Ползунова,  РФ,  г.  Барнаул

Фукс  Юлия  Владимировна

студент.  Алтайского  государственного  технического  университета  м.  И.И.  Ползунова,  РФ,  г.  Барнаул

Головина  Елена  Анатольевна

канд.  тех.  наук,  доцент  Алтайского  государственного  технического  университета  им.  И.И.  Ползунова,  РФ,  г.  Барнаул

E-mail:   katesolnishko @ mail . ru

Настоящая  работа  направлена  на  решение  прикладных  проблем,  связанных  с  производством  биомедицинских  материалов  в  стоматологии.  Основной  задачей  в  области  биомедицинских  материалов  является  замена  сложной  биологической  материи  в  организме  менее  сложными  синтетическими  полимерами,  которые  выполняют  функции  живой  ткани.

В  последнее  десятилетие  активно  развитие  получила  тканевая  инженерия.  Основная  концепция  тканевой  инженерии  основана  на  регенерации,  а  не  на  замещении  костной  ткани.  Главная  задача  заключается  в  создании  материалов,  которые  пригодны  для  восстановления  или  даже  замены  поврежденных  костей,  суставов  и  зубов.  Изначально  применение  находили  различные  металлы  и  сплавы,  полимеры  и  керамика.  Но  организм  активно  борется  с  любым  вторгшимся  в  него  инородным  телом:  металлы  подвергаются  коррозии,  а  пластмассы  разрушаются.  В  свою  очередь,  продукты  распада  отравляют  организм,  а  сами  имплантаты  вызывают  воспаление  окружающих  тканей  и  отторгаются.  Даже  химически  инертные  золото,  корунд  и  тефлон  не  решают  проблемы  биосовместимости,  потому  что  эти  материалы  отличаются  от  костной  ткани  своими  механическими  свойствами  (прочностью,  упругостью)  и  все  равно  вызывают  реакцию  отторжения.  Вследствие  этих  причин  возникла  необходимость  в  создании  материалов,  которые  должны  иметь  биосовместимость  с  организмом,  а  также  обладать  физико-механическими  свойствами  и  биологической  активностью  по  отношению  к  живой  ткани.

Технологический  процесс  изготовления  пористых  биокерамических  материалов  из  фосфатно-кальциевой  керамики  включает  в  себя  следующие  операции,  которые  делятся  на  два  этапа.  Первый  —  изготовление  керамического  каркаса,  второй  —  пропитка  керамического  каркаса  раствором  биополимера  на  основе  хитозана.  Такая  последовательность  технологических  операций  необходима  для  того,  чтобы  добиться  высоких  эксплуатационных  свойств  изделия.

Для  решения  вопроса  оценки  эффективности  применения  фосфатно-кальциевой  керамики  и  данного  технологического  процесса  в  условиях  нагружения  необходимо  произвести  имитационное  моделирование  изделия.  Для  испытаний  на  воздействие  нагрузок  создан  объект  в  форме  зуба  с  m=2,8  гр,  плотностью  2300  кг/м³  (рисунок  1). 

Рисунок  1.  Модель  зуба

С  помощью  программы  Solid  Works  проведен  анализ  готового  изделия,  с  помощью  которого  определены  свойства  материала  (рисунок  2).  Масса  готового  изделия  составляет  0.0028  кг.  Масса  имплантата  должна  быть  приближена  к  массе  естественного  зуба,  в  противном  случае  наблюдается  избыточное  давление,  повышенная  истираемость,  которые  приводят  к  отторжению  введенного  материала.

Рисунок  2.  Свойства  материала

При  приложении  нагрузки  максимальные  напряжения  возникают  по  краям  изделия  и  не  превышают  предела  прочности  материала  (рисунок  3). 

Таким  образом,  можно  сделать  вывод  о  применимости  детали  в  условиях  естественной  среды  организма.  В  одной  из  самых  нагруженных  областей  организма  имплантант  выдерживает  нагрузки  без  разрушения.

Рисунок  3.  Напряжения  при  действующей  нагрузке

В  результате  выбора  технологического  процесса,  а  ткаже  подбора  компонентов  для  создания  дентального  имплантата  спроектирован  композиционный  материал,  армированный  частицами  гидроксиапатита.  На  основании  рассмотренных  методов  выбрана  методика  пропитки  ячеистой  полимерной  основы  из  полиуретана  керамическим  шликером.  Исходные  частицы  порошка  должны  иметь  длину  и  ширину  соответственно  30—100  нм  и  20—60  нм. 

1.  Основные  компоненты:  гидроксиапатит,  среднемолекулярный  хитозан,  раствор  полиакриламида,  пенополиуретан,  уксусная  кислота  CH₃COOH,  этанол.

2.  Изготовленный  материал  должен  иметь  взаимосвязанные  поры  размером  от  100  до  500  мкм,  равномерно  распределенные  по  всему  объему  структуры.

3.  Физико-механические  свойства,  которыми  должен  обладать  имплантационный  материал,  предназначенный  для  изготовления  дентального  имплантата:  плотность  1,9—2,3  ∙10³  кг/м³  ,  предел  прочности  при  сжатии  5,51  MПa,  модуль  Юнга  2,2  ГПа,  предел  прочности  при  растяжении,  1,5—2,0  Мпа.

Выводы:

Из  анализа  экспериментальных  данных,  имитационного  моделирования,  существующих  технологий  был  разработан  технологический  процесс  изготовления  биокерамического  композиционного  материала,  состоящий  из  двух  основных  стадий: 

1.  изготовление  керамического  матрикса; 

2.  пропитка  керамического  матрикса  биополимером  хитозаном. 

Такое  разделение  технологических  операций  позволяет  повысить  трещиностойкость  керамического  материала  и  увеличить  предел  прочности  на  сжатие  в  4—6  раз. 

Список  литературы:

1.Баринов  С.  М.  Биокерамика  на  основе  фосфатов  кальция  [Текст]  /  С.М.  Баринов,  В.С.  Комлев.  М.:  Наука,  2005.  —  400  с.

2.Вересов,  А.Г.  Достижения  в  области  кальций-фосфатных  биоматериалов  [Текст]  /  В.И.  Путляев,  Ю.Д.  Третьяков  //  Российский  химический  журнал.  —  2000.  —  №  6  (ч.  2).  —  С.  32—46.

3.Смирнов  В.В.  Кальций  —  фосфатный  костный  цемент  [Текст]  /  В.В.  Смирнов,  С.М.  Баринов,  В.М.  Ивлев,  Д.  Ферро,  А.Ю.  Федотов  //  Перспективные  материалы.  М:  —  №  1  —  2008.  —  С.  26—30.

4.Хлусов  И.А  Основы  биомеханики  биосовместимых  материалов  и  биологических  тканей  [Текст]:  учебное  пособие  /  И.А.  Хлусов,  В.Ф.  Пичугин,  М.А.  Рябцева.  Томск:  Томский  политехнический  университет,  2007.  —  149  с.