Материал, используемый в эндопротезах
Таблица 3. Свойства гидроксиапатита [16, 18]
|
Характеристика |
Значение, размерность |
Примечание |
|
Плотность |
3,16 г/см3 |
Пористый материал |
|
Удельная поверхность |
50 м2/г | |
|
Предел прочности при сжатии |
100-200 МПа |
Зависит от пористости |
|
Предел прочности при изгибе |
<100 МПа |
Зависит от пористости |
|
Модуль упругости |
100 ГПа |
Зависит от пористости |
|
Твердость по Виккерсу |
500 ед. |
Как у оконного стекла |
|
Коэффициент теплового Расширения |
11× 10-5 К-1 | |
|
Температура плавления |
1650 оС |
Превышает температуру разложения, температура спекания не выше 1350 оС. |
|
Цвет |
белый, голубоватый |
Зависит от вида сырья и режимов переработки |
В работе автор отмечает, что скорость растворения фосфатной керамики в биологических жидкостях in vivo достаточно высока и зависит от удельной поверхности имплантатов. Ca(PO4)3 растворяется в кислых средах в 12,3 раза быстрее, а в щелочных - в 22,3 раза быстрее, чем гидроксиапатит. Поскольку прочность блочных образцов фосфатной керамики невысока, последнюю применяют преимущественно в виде покрытий на металлических деталях эндопротезов. В этом качестве более предпочтителен гидроксиапатит, который лучше взаимодействует с костной тканью и медленнее растворяется in vivo, обеспечивая благоприятные условия для передачи нагрузки от эндопротеза на костно-мышечный аппарат.
Нанесение фосфатно-керамических покрытий на детали эндопротезов осуществляют методом плазменного напыления в регулируемых газовых средах, например Ar/H2 или Ar/N2 [23]. Порошковые частицы керамики увлекаются потоком газа, расплавляются в плазме, движутся к подложке и осаждаются на ней в виде покрытия. Под действием температуры плазмы керамические частицы частично разлагаются, поэтому микроструктура, фазовый состав, кристалличность, содержание гидроксилов, молярное отношение Ca / P покрытия существенно отличаются от состава исходной керамики и зависят от параметров напыления. При температуре 1400 oС в отсутствие воды гидроксиапатит разлагается:
Сa5 (PO4)3 OH = 2Сa3 (PO4)2 + Сa4 P2O9 + H2O.
Толщина покрытий на металлических деталях эндопротезов должна быть оптимизирована по критериям прочности и времени растворения фосфатной керамики in vivo. Тонкие покрытия (до 10-15 мкм) имеют высокие показатели адгезионной и механической прочности, но растворяются в короткие сроки после имплантации. Более толстые покрытия обеспечивают длительное контактное взаимодействие с костной тканью, но могут разрушаться под сдвиговой нагрузкой, приводя к расшатыванию эндопротеза. Оптимальная толщина покрытий составляет 50-100 мкм .