Структурні зміни керамічного карбонізованого гідроксиапатиту внаслідок тривалого зберігання при кімнатній температурі

doi:10.26565/2222-5617-2023-38-02

M.В. Ткаченко Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, 61022, майдан Свободи. 4, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0003-3174-0290

DOI: https://doi.org/10.26565/2222-5617-2023-38-02

Ключові слова: вуглекислий гідроксиапатит, внутрішні напруження, процес старіння, біоактивна кераміка

Анотація

Карбонізований гідроксилапатит (КГА) є основою мінеральної складової кістки тварин і людини. Тому його широко застосовують у медицині для відновлення кісткових дефектів. Під час ортопедичних операцій як біологічноактивні заповнювачі дефектів зазвичай застосовують керамічні імплантати. У решітці КГА карбонатні іони можуть займати дві нееквівалентні позиції А і В. А позиція відповідає положенню ОН^- аніонів у ґратці гідроксиапатиту (ГА), а В - РО₄^3-. Добре відомо, що заміщення В-позицій карбонатними групами призводить до суттєвих спотворень ґратки ГА, які спричиняють виникненню в ній мікронапружень та кристалічних дефектів. Тому КГА кераміка в результаті спікання характеризується значними внутрішніми напруженнями, релаксація яких при кімнатній температурі може призвести до зміни як її фазового складу, так і біологічної активності. Методами хімічного та рентгенівського структурного аналізу, інфрачервоної спектроскопії та електронної скануючої мікроскопії досліджено процес старіння пресовок карбонізованого гідроксилапатиту (КГА) за кімнатної температури, спечених в атмосфері сухого двоокису вуглецю при температурах 800÷1200 °С. Проведено порівняння фазового складу та структури свіжовиготовлених і зістарених протягом двох років керамічних зразків. Показано, що релаксація внутрішніх напружень, які виникають під час одержання кераміки, визиває пластичну деформацію кристалітів, яка супроводжується перерозподілом карбонатних іонів із В в А-позиції. В результаті цього енергетично вигідним стає витіснення з канальних (А) позицій іонів ОН^- і розпад КГА В-типу на СаО і КГА А-типу.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

1. J.C. Merry, I.R. Gibson, S.M. Best, W. Bonfield. Journal of materials science: Materials in medicine, 9, 779 (1998).
2. M.V. Tkachenko, Z.Z. Zyman. Functional mater., 15, 4, 574 (2008).
3. Zyman, Z., Epple, M., Goncharenko, A., Tkachenko M., Rokhmistrov, D., Sofronov, D. Ceramics International, 48, 5, 6716 (2022).
4. J.E. Barralet, G.J.P. Fleming, C. Campion, J.J. Harris, A.J. Wright. J. Mater. Sci., 38, 3979 (2003).
5. J.P. Lafon, E. Championa, D. Bernache Assollant. Journal of the European Ceramic Society, 28, 139 (2008).
6. Th. Leventouri. Biomaterials, 27, 3339 (2006).
7. S.M. Barinov, J.V. Rau, I.V. Fadeeva, S. Nunziante Cesaro, D. Ferro, G. Trionfetti, V.S. Komlev, V.Yu. Bibikov. Materials Research Bulletin, 41, 485 (2006).
8. R.Z. LeGeros, O.R. Trautz, E. Klein and J.P. LeGeros. Cellular and Molecular Life Sciences, 25, 1, 5 (1969).
9. T.I. Ivanova, O.V. Frank-Kamenetskaya, A.B. Kol'tsov, and V.L. Ugolkov. Journal of Solid State Chemistry, 160, 340 (2001).
10. S.V. Dorozhkin, J. Funct. Biomater., 1, 22 (2010).
11. Z.Z. Zyman, M.V. Tkachenko, D.V. Polevodin. J. Mater. Sci: Mater. Med., 19, 1928 (2008).
12. Zyman Z., Tkachenko M. J. Eur. Ceram. Soc, 31, 241 (2011).