Что представляет собой форстеритовая керамика
Форстерит – это магниевый силикат (соединение магния, кремния и кислорода). Благодаря прочным химическим связям и высокой огнеупорности считается очень перспективным для производства диэлектриков (вещества, которые плохо проводят электрический ток или не проводят его вовсе в обычных условиях) в электронике, огнеупорной керамики и создания биосовместимых имплантатов в медицине.
Для получения качественной керамики нужны исходные порошки с высокой химической чистотой и частицами одинакового размера и формы. В случае форстерита их получают в виде нанопорошков из природных силикатов магния, оксидов магния и кремния или золь-гель методом. Последний представляет собой технологию жидкофазного синтеза, при которой жидкий коллоидный раствор (золь) превращается в пространственную трехмерную сетку (гель) с последующей сушкой и термообработкой. До сих пор получить качественную форстеритовую керамику было сложно и дорого. Природное сырье неоднородно, а его частицы склонны слипаться, из-за чего готовый материал теряет прочность и плотность.
Что предложили томские ученые
Томские ученые предложили использовать для синтеза порошка форстерита новый золь-гель метод, сообщает Минобрнауки. В качестве исходных веществ использовались тетраэтоксисилан как источник кремния, нитрат магния и полиэтиленгликоль. В результате синтеза образовывались преимущественно сферические частицы, которые после прокаливания при температурах выше 900°C превращаются в порошок форстеритового состава.
Как рассказал один из авторов исследования, ассистент Научно-образовательного центра Н.М. Кижнера ТПУ Александр Меженин, ранее этот метод был предложен для синтеза сферических частиц биоактивных стекол с низким содержанием оксидов металлов. Новый подход позволил контролировать форму и химический состав частиц.
В чем важность разработки сибирских ученых
Форстерит признан учеными одним из самых перспективных биоматериалов для костной тканевой инженерии и имплантации.
- У него очень высокая биосовместимость, он не вызывает отторжения или хронического воспаления в организме.
- Покрытие из форстерита имитирует химический состав и структуру натуральной костной ткани. Клетки, формирующие новую костную ткань (остеобласты) не воспринимают его как чужеродный объект. Они прикрепляются к его поверхности и начинают делиться, запуская процесс остеоинтеграции – естественного приживления и сращивания имплантата с костью.
- Скорость его растворения совпадает со скоростью роста новой костной ткани.
- Также он обладает высокой прочностью на сжатие и вязкостью разрушения. Это делает его пригодным для использования в нагруженных участках скелета, где обычный кальций-фосфатный цемент, который сейчас активно используют в медицине для создания костных имплантатов и покрытий, может подвести.
- Форстерит стимулирует регенерацию. При его растворении выделяются ионы магния и кремния. Магний активирует рост остеобластов и улучшает плотность кости, а кремний играет ключевую роль в ранней кальцификации ткани.
Разработка решает сразу две важнейшие задачи. Во-первых, это полноценное импортозамещение: Россия получает технологию производства собственной биокерамики высочайшего класса без зависимости от западных поставок.
Во-вторых, созданный учеными порошок обладает отличной формуемостью. Сейчас авторы проекта готовятся протестировать материал в реальных процессах формования. Сферическая форма частиц делает его подходящим сырьем для суспензий, применяемых в медицинской 3D-печати. Это открывает перспективу для использования форстерита в индивидуальных протезах, полностью соответствующим анатомическим особенностям конкретного пациента.
