КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-19-00219
НазваниеНовый подход к конструированию остеоиндуктивной биокерамики сложного состава и архитектуры на основе стабилизированных глазеритоподобных фаз
Руководитель Путляев Валерий Иванович, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва
Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий
Ключевые слова костный имплантат, тканеинженерная конструкция, резорбируемость, остекондуктивность, остеоиндуктивность, стереолитографическая 3D-печать
Код ГРНТИ61.35.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на разработку физико-химических и инженерных основ создания высокопроницаемых клеточных носителей из керамики и композитов для применения в тканевой инженерии. В настоящей заявке рассматривается частная, но достаточно востребованная область - реконструкция костной ткани с помощью остеокондуктивных матриксов сложного химического состава и архитектуры. Сложный химический состав матрикса является ключевой характеристикой, наделяющей материал комплексом биологических свойств и определяющей поведение такого матрикса в процессе резорбции в организме. Включение в состав биокерамики помимо основных макроэлементов других, в том числе, микроэлементов, позволяет а) стабилизировать полиморфные модификации с необходимым уровнем резорбции (т.е. скоростью поступления биохимически активных элементов в организм), б) поступление в организм элементов, включенных в определенные биохимические процессы, позволяет целенаправленно активировать именно эти процессы, связанные с регенерацией костной ткани.
Междисциплинарной задачей данного проекта является разработка научных основ конструирования и формирования остеиндуктивной биокерамики сложного состава и архитектуры на основе стабилизированных высокотемпературных фаз с глазеритоподобной структурой. Для решения поставленной задачи необходимо:
1) выбрать набор макро- и микроэлементов для формирования состава имплантата; определить возможный набор кристаллических структур для адаптации выбранного набора элементов; при необходимости исследовать фазовые отношения при высоких температурах и оценить возможность стабилизации высокотемпературных фаз;
2) разработать методы синтеза порошкового прекурсора, пригодного для изготовления макропористой керамики методами 3D-печати;
3) оценить термическую устойчивость синтезированного порошкового прекурсора к фазовому расслоению и разработать методов спекания порошка для получения керамики;
4) оценить растворимость керамики сложного состава в модельных реакциях в растворах при различных значениях рН;
5) выбрать тип архитектуры остеокондуктивного каркаса композита (простая решетка или трехмерная поверхность), исходя из соображений высокой физической проницаемости и условий его дальнейшего медицинского применения;
6) наиболее реалистичным способом изготовления остеокондуктивного имплантата с заданным требованиями разрешением деталей (не хуже 50 мкм) является стереолитографическая 3D-печать; в этой связи необходимо определить состав фотосуспензии (тип мономера, фотоинициатор, добавки, степень наполнения порошком прекурсора) и отработать основные параметры стереолитографической трехмерной печати;
7) провести токсикологические исследования полученного материала для определения его безопасности (цитотоксичности)
8) провести изучение поведения материала и его биологических свойств на модели клеточных культур in vitro и подготовка к исследованиям in vivo при внедрении его в дефект костной ткани лабораторных животных для изучения особенностей остеогенеза.
Актуальность решения поставленной задачи обусловлена научной и социальной значимостью реконструкции костной ткани, как одного из вида высокотехнологической медицинской помощи, как в РФ, так и за рубежом. Создание остеокондуктивных керамических имплантатов со специфической макропористой архитектурой, созданной при помощи стереолитографической 3D-печати, на основе сложных по составу высокоэнтропийных фаз с контролируемым выходом остеоиндуцирующих элементов предлагаются впервые в рамках данной заявки.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Преображенский И.И., Путляев В.И. ГИДРОГЕЛИ НА ОСНОВЕ АКРИЛАТНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ПОЛИЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ: СИНТЕЗ И СВОЙСТВА VII Всероссийская конференция с международным участием, посвященная 50-летию академической науки на Урале, c.101 (год публикации - 2022)
2. Преображенский И.И., Путляев В.И. The ability to control swelling and degradation processes of hydrogels based on a mixture of PEGMA/PEGDA monomers Mendeleev Communications, 33, 1-3 (год публикации - 2023)
3. Преображенский И.И., Шаталова Т.Б., Путляев В.И. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ОТНОШЕНИЙ В СИСТЕМЕ ОРТОФОСФАТ МАГНИЯ– ОРТОФОСФАТ НАТРИЯ Перспективные технологии и материалы: Материалы Международной научно– практической конференции, c. 44-46 (год публикации - 2022)
4. Преображенский И.И, Филиппов Я.Ю., Евдокимов П.В., Путляев В.И. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ДВОЙНОЙ СИСТЕМЫ Mg3(PO4)2 – Mg4Na(PO4)3 Неорганические материалы (год публикации - 2023)
5. Преображенский И.И., Шаталова Т.Б., Путляев В.И. Фазовые равновесия и область гомогенности двойных фосфатов магния-натрия ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ XXI Всероссийская конференция молодых ученых «Актуальные проблемы неорганической химии: синхротронные и нейтронные методы в химии современных материалов», с. 169-170 (год публикации - 2022)
6. Мурашко А.М., Филиппов Я.Ю. Получение биосовместимой резорбируемой керамики на основе пирофосфата кальция с заданной макропористостью Сборник тезисов XXI Всероссийская конференция молодых ученых «Актуальные проблемы неорганической химии: синхротронные и нейтронные методы вхимиисовременныхматериалов» НАУКа И УНИВЕРСИТЕТЫ НАЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОЕКТЫ РОССИИ, с.157-158 (год публикации - 2022)
7. Мурашко А.М., Филиппов Я.Ю. MECHANOCHEMICAL ACTIVATION AS A FABRICATION METHOD OF CALCIUM PHOSPHATES POWDER MIXTURES FOR 3D PRINTING OF BIORESORBABLE CERAMICS VI Международной конференции «Фундаментальные основы механохимических технологий» (FBMT 2022), c.101 (год публикации - 2022)
8. Мурашко А.М., Филиппов Я.Ю. ПОЛУЧЕНИЕ МАКРОПОРИСТОЙ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ ПИРОФОСФАТА КАЛЬЦИЯ МЕТОДОМ СТЕРЕОЛИТОГРАФИЧЕСКОЙ ПЕЧАТИ НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ: Перспективные технологии получения и методы исследования, 254-256 (год публикации - 2022)
9. Ларионов Д.С., Битанова В.А., Евдокимов П.В., Гаршев А.В., Шляхтин О.А., Путляев В.И. Криохимический синтез порошков трикальцийфосфата и смешанных натрийсодержащих силикофосфатов и фосфатогерманатов для формирования биокерамики методом стереолитографической 3D-печати Inorganic Materials: Applied Research (год публикации - 2023)
Публикации
1. Рассолова Ю.Р., Мурашко А.М., Филиппов Я.Ю. Получение и испытание in-vitro реакционно-связанных материалов на основе ОКФ Инновационные материалы и технологии : материалы Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых, г. Минск, 21–23 марта 2023 г. – Минск : БГТУ, 2023. – 405 с. ISBN 978-985-897-089-5, Инновационные материалы и технологии : материалы Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых, г. Минск, 21–23 марта 2023 г. – Минск : БГТУ, 2023. – 405 с. ISBN 978-985-897-089-5. (год публикации - 2023)
2. Рассолова Ю.Р., Мурашко А.М., Филиппов Я.Ю. Реакционно-связанные материалы на основе замещенного октакальциевого фосфата Материалы конференции. XXII Всероссийская конференция "Актуальные проблемы неорганической химии: энергия +", Пансионат МГУ «Красновидово», Подмосковье, Россия,, Сборник тезисов. XXII Всероссийская конференция "Актуальные проблемы неорганической химии: энергия +", Пансионат МГУ «Красновидово», Подмосковье, Россия, 10-12 ноября 2023, с.147-148. (год публикации - 2023)
3. Мурашко А.М., Филиппов Я.Ю. Остеокондуктивная макропористая керамика на основе пирофосфата кальция, полученная методом 3D печати Материалы Международной молодежной научной конференции «Современные тенденции развития функциональных материалов» (16-18 ноября 2022 г., Научно-технологический университет «Сириус», Сочи, Россия), Молодёжная международная научная конференция "Современные тенденции развития функциональных материалов", Университет Сириус, Россия, 7-9 ноября 2023 (год публикации - 2023)
4.
Преображенский И.И., Дейнеко Д.В., Титков В.В., Мурашко А.М., Путляев В.И.
Study of magnesium-sodium double phosphates ceramic for bone treatment
Ceramics International, Ceramics International 49(1). 10.1016/j.ceramint.2023.06.182. (год публикации - 2023)
10.1016/j.ceramint.2023.06.182
5.
Кузнецов А.И., Сафронова Т.В., Шаталова Т.Б., Филиппов Я.Ю., Ваймугин Л.А., Власенко В.С., Лиханов М.С.
Materials in the CaO-K2O-SO3-H2O System Based on Powder Mixtures including Calciolangbeinite K2Ca2(SO4)3 and Calcium Sulfate Anhydrite CaSO4
Ceramics, Ceramics 2023, 6(3), 1434-1448 (год публикации - 2023)
10.3390/ceramics6030088
6.
Голубчиков Д.О., Сафронова Т.В., Немыгина Е.М., Шаталова Т.Б., Тихомирова И.Н., Росляков И.В., Хайрутдинова Д.Р., Платонов В.Б., Бойцова О.В., Каймонов М.Р., Фирсов Д.А., Лысенко К.А.
Powder Synthesized from Aqueous Solution of Calcium Nitrate and Mixed-Anionic Solution of Orthophosphate and Silicate Anions for Bioceramics Production
Coatings, MDPI Basel Switzerland, Coatings 2023, 13(2), 374 (год публикации - 2023)
10.3390/coatings13020374
7.
Голубчиков Д.О., Евдокимов П.В., Зуев Д.М., Филиппов Я.Ю., Шаталова Т.Б., Путляев В.И.
Three-Dimensional-Printed Molds from Water-Soluble Sulfate Ceramics for Biocomposite Formation through Low-Pressure Injection Molding
Materials, MDPI, Basel Switzerland, Materials 2023, 16(8), 3077 (год публикации - 2023)
10.3390/ma16083077
8.
Сафронова Т.В., Чжао Чжиюань, Ли Цзинвэй, Каймонов М.Р., Шаталова Т.Б., Филиппов Я.Ю., Филиппова Т.В., Гавлина О.Т., Власенко В.С., Кнотько А.В.
CERAMIC MATERIALS WITH A PRESCRIBED PHASE COMPOSITION BASED ON HYDROXYAPATITE POWDER PROCESSED IN DIHYDROGEN PHOSPHATE SOLUTIONS OF AMMONIUM, SODIUM, AND POTASSIUM
Glass and Ceramics, Glass and Ceramics, Vol. 80, Nos. 5 – 6, September, 2023 (Russian Original, Nos. 5 – 6, May – June, 2023) (год публикации - 2023)
10.1007/s10717-023-00591-9
9.
Преображенский И.И., Путляев В.И.
Ceramics based on double magnesium–sodium phosphates for bone regeneration
Mendeleev Communications, Mendeleev Commun., 2023, 33, 531–533 (год публикации - 2023)
10.1016/j.mencom.2023.06.029
10. Леонтьев Н.В., Евдокимов П.В., Битанова В.А., Ларионов Д.С., Мурашко А.М., Филиппов Я.Ю., Путляев В.И. Биокерамика сложного химического состава и архитектуры на основе стабилизированных глазеритоподобных фаз Материалы конференции. XXII Всероссийская конференция "Актуальные проблемы неорганической химии: энергия +", Материалы конференции. XXII Всероссийская конференция "Актуальные проблемы неорганической химии: энергия +", Пансионат МГУ «Красновидово», Подмосковье, Россия, 10-12 ноября 2023. с. 135 (год публикации - 2023)
11. Битанова В.А., Путляев В.И. Золь-гель синтез биокерамики на основе фосфатов кальция Сборник тезисов докладов Седьмой международной конферен- ции стран СНГ «Золь-гель синтез и исследование неорганических соединений, гибридных функциональных материалов и дисперсных систем «Золь-гель 2023», Москва, 2023, 132 с., Сборник тезисов докладов Седьмой международной конференции стран СНГ «Золь-гель синтез и исследование неорганических соединений, гибридных функциональных материалов и дисперсных систем «Золь-гель 2023», Москва, 2023, с.30. (год публикации - 2023)
12. Голубчиков Д.О., Евдокимов П.В., Путляев В.И. Сomposite biomaterials of complex shape based on polycaprolactone/polylactide matrix for bone tissue engineering Abstracts of 10th International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures, Abstracts of 10th International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures (год публикации - 2023)
13. Битанова В.А., Путляев В.И. Золь-гель подход к получению резорбируемой биокерамики в системе CaO-P2O5-SiO2 X Всероссийская конференция (с международным участием) «Высокотемпературная химия оксидных систем и материалов»: Сборник тезисов докладов, г. Санкт-Петербург, 25 – 28 сентября 2023 г. – СПб.: ООО «Издательство «ЛЕМА», 2023. – 376 с., X ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ (с международным участием) «ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ХИМИЯ ОКСИДНЫХ СИСТЕМ И МАТЕРИАЛОВ», Санкт-Петербург, 25-28 сентября 2023, с.89-90. (год публикации - 2023)
14. Евдокимов П., Леонтьев Н., Битанова В., Ларионов Д., Мурашко А., Филиппов Я., Гаршев А., Капитанова О., Веселова И., Путляев В. Bioceramics of complex chemical composition and architecture based on heavily-doped stabilized glaserite-like phases Book of Abstracts. XVIII Conference of the European Ceramic Society (XVIII ECerS), Book of Abstracts. XVIII Conference of the European Ceramic Society (XVIII ECerS) (год публикации - 2023)
15. Преображенский И.И., Филиппов Я.Ю., Климашина Е.С., Путляев В.И. Получение биокерамических материалов на основе компонентов системы Mg3(PO4)2 – Mg4Na(PO4)3 Тезисы докладов XXII Всероссийской школы-конференции «Актуальные проблемы неорганической химии: энергия+», Тезисы докладов XXII Всероссийской школы-конференции «Актуальные проблемы неорганической химии: энергия+», Красновидово, 10-12 ноября 2023 (год публикации - 2023)
16. Преображенский И.И., Мурашко А.М., Дейнеко Д.В., Путляев В.И. Получение керамических материалов на основе двойных фосфатов магния-натрия Инновационные материалы и технологии : материалы. Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых, г. Минск, 21–23 марта 2023 г. – Минск : БГТУ, 2023, Инновационные материалы и технологии : материалы. Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых, г. Минск, 21–23 марта 2023 г. – Минск : БГТУ, 2023. с. 255-257. (год публикации - 2023)
17. Преображенский И.И., Путляев В.И. Синтез и свойства резорбируемой керамики на основе двойных фосфатов магния-натрия Сборник тезисов. Международная молодежная научная конференция Современные тенденции развития функциональных материалов., Сборник тезисов. Международная молодежная научная конференция Современные тенденции развития функциональных материалов. Университет Сириус, 7-9 ноября 2023 (год публикации - 2023)
18. Преображенский И.И., Дейнеко Д.В., Путляев В.И. Керамические материалы на основе двойных фосфатов магния-натрия XIII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, 2023. – 366 с. Издательство: ООО «МЕСОЛ», XIII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, 3-9 апреля, 2023. с. 59. (год публикации - 2023)
19. Преображенский И.И. Исследование процесса спекания биокерамических материалов на основе двойных фосфатов магния-натрия Сборник тезисов. XX Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов Физико-химия и технология неорганических материалов, Сборник тезисов. XX Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов Физико-химия и технология неорганических материалов, 17-20 октября 2023 (год публикации - 2023)
20. Преображенский И.И., Филиппов Я.Ю., Климашина Е.С., Дейнеко Д.В., Путляев В.И. Керамика и температурные превращения компонентов бинарной системы Mg3(PO4)2 – Mg4Na(PO4)3 X Всероссийская конференция (с международным участием) «Высокотемпературная химия оксиидных систем и метариалов»: Сборник тезисов докладов, Сборник тезисов. X Всероссийская конференция (с международным участием) «Высокотемпературная химия оксидных систем и материалов»: Сборник тезисов докладов, г. Санкт-Петербург, 25-28 сентября 2023 (год публикации - 2023)
21. Преображенский И.И., Мурашко А.М., Титков В.В., Путляев В.И. Исследование процесса спекания биокерамики на основе MgNaPO4 и Mg4Na(PO4)3 Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2023» / Отв. ред. И.А. Алешковский, А.В. Андриянов, Е.А. Антипов, Е.И. Зимакова. [Электронный ресурс] – М.: МАКС Пресс, 2023., Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2023», 10-21 апреля 2023. Секция «Химия». Подсекция «Неорганическая химия II (аспиранты и молодые ученые)» (год публикации - 2023)
22. Мурашко А.М., Филиппов Я.Ю. Биосовместимая керамика на основе пирофосфата кальция с заданной архитектурой порового пространства для регенерации костной ткани Сборник тезисов 26-ой Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА». Пущино: ФИЦ ПНЦБИ РАН, 2023. – 358 с., С23, УДК 576:577:579:578:574 ББК 28.07 + 28.4, Сборник тезисов 26-ой Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА». Пущино: ФИЦ ПНЦБИ РАН, 2023, с. 100-101. (год публикации - 2023)
23. Рассолова Ю.Р., Мурашко А.М., Филиппов Я.Ю. Реакционно-связанные материалы на основе октакальциевого фосфата, полученные в различных буферных системах XIII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, 2023. – 366 с. ISBN 978-5-6048945-4-5, XIII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, 2023, с. 108. ISBN 978-5-6048945-4-5 (год публикации - 2023)
24. Голубчиков Д.О., Евдокимов П.В., Путляев В.И. Прототипы композитных имплантатов костной ткани на основе полимерной матрицы поликапролактон/полилактид 26-ая Пущинская школа-конференция молодых ученых с международным участием «Биология – наука XXI века», Сборник тезисов. 26-ая Пущинская школа-конференция молодых ученых с международным участием «Биология – наука XXI века», Пущино, 10-13 апреля 2023 (год публикации - 2023)
25. Голубчиков Д.О., Путляев В.И. Создание композитов на основе матрицы из термопластичного полимера с добавлением частиц аморфного фосфата кальция Сборник тезисов. XIII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии, Сборник тезисов. XIII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии, Москва, 3-9 апреля 2023 (год публикации - 2023)
26. Голубчиков Д.О., Путляев В.И. Композитные прототипы имплантатов костной ткани на основе композитов с полимерной матрицей состава полилактид/поликапролактон Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2023» / Отв. ред. И.А. Алешковский, А.В. Андриянов, Е.А. Антипов, Е.И. Зимакова. [Электронный ресурс] – М.: МАКС Пресс, 2023., Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2023» / Отв. ред. И.А. Алешковский, А.В. Андриянов, Е.А. Антипов, Е.И. Зимакова. [Электронный ресурс] – М.: МАКС Пресс, 2023. (год публикации - 2023)
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В рамках заключительного этапа проекта получены результаты по следующим направлениям:
а) Стабилизации высокотемпературного глазеритного твердого раствора (ВТГ) сложного состава, содержащие до 10 остеогенных элементов.
Установлено, что условия твердофазного синтеза однофазных медь-цинк-содержащих силикофосфатов кальция глазеритного ряда заключаются в обжиге в потоке кислорода при 1500 ºC с предварительным обжигом при 1000°С в течение 6 часов. Уменьшение доли легирования переходными металлами способствует стабилизации степени окисления +2 катиона меди и, следовательно, образованию однофазных соединений заданных составов. Стабилизация высокотемпературного глазерита при около-комнатных температурах может быть объяснена существенным вкладом энтропийного слагаемого в свободную энергию Гиббса, для состава, включающего 10 элементов (в том числе медь и цинк) величина конфигурационной энтропии твердого раствора составляет 7.2R. Для понимания закономерностей стабилизации ВТГ построены фазовые диаграммы систем CaNaPO4 – Ca2SiO4 и CaNaPO4 – Ca2SiO4 .
б) Разработка методов синтеза порошкового прекурсора для стереолитографической 3D-печати
Проведена финальная разработка следующих методов синтеза: твердофазного, пиролиза аэрозолей, полимерного гель-синтеза, золь-гель синтеза, распылительной сушки и криохимической сушки. Проведено сравнение методов синтеза. Наиболее перспективными методами для масштабирования признаны распылительная сушка и криохимический метод.
в) Процессы спекания порошковых прекурсоров при получении макропористой керамики сложного состава
Показано, что спекание порошков заданных составов с целью получения керамики следует проводить в температурных интервалах 1100–1200 ºC (для состава Ca1.6Mg0.2Sr0.2Na0.5K0.5(PO4)(SiO4)0.25(GeO4)0.25) и 1000–1050 ºC (для состава Ca1.2Mg0.2Sr0.2Cu0.2Zn0.2Na0.5K0.5(PO4)(SiO4)0.25(GeO4)0.25). Быстрое охлаждение от температуры ультрабыстрого спекания образцов состава Са1.6 обеспечивало формирование керамики со структурой высокотемпературного глазерита без перехода к сверхструктуре. Обжиг образцов Са1.6 в импульсном режиме при 1400 ºC приводил к образованию примесной фазы, изоструктурной смешанному ортосиликату (или ортогерманату) кальция-магния.
г) кинетика растворения макропористой керамики сложного состава в модельных реакциях в растворах лимонной кислоты при различных значениях рН (в диапазоне рН=6-6), динамика изменения рН водных растворов, прочностные свойства макропористой керамики
Медь-цинк содержащий состав Ca1.2Mg0.2Sr0.2Cu0.2Zn0.2Na0.5K0.5(PO4)(SiO4)0.25(GeO4)0.25 на начальных этапах эксперимента характеризуется быстрой кинетикой растворения, что подтверждает его повышенную резорбируемость по отношению к составу Ca1.6Mg0.2Sr0.2Na0.5K0.5(PO4)(SiO4)0.25(GeO4)0.25. Добавление в состав катионов меди и цинка позволяет снизить значение pH и приблизить его к физиологическому (pH ~ 7.4) ввиду образования слабых оснований в ходе гидролиза. В целом, значения pH среды после гидролиза глазеритных порошков, содержащих более 8 элементов в составе, находятся в рамках физиологически приемлемых, что позволяет рекомендовать их к использованию в дальнейших биологических испытаниях.Предел прочности полученной макропористой керамики на основе состава Ca1.6Mg0.2Sr0.2Na0.5K0.5(PO4)(SiO4)0.25(GeO4)0.25 равен 0.6 ± 0.1 МПа,. модуль Юнга составил 0.014 ± 0.001 ГПа.
д) Определение параметров стереолитографической 3D-печати
В ходе данного этапа были разработаны параметры стереолитографической 3D печати из фоточувствительных суспензий на основе сложных составов со структурой глазерита. Проведены работы по улучшению латерального разрешения печати, выбору оптимального состава (концентрации порошка, ПАВ и красителя), а также условий термообработки композитов для получения макропористой керамики с заданной архитектурой порового пространства.
е) поведение материалов и его биологические свойства на модели клеточных культур in vitro и подготовка к исследованиям in vivo при внедрении его в дефект костной ткани лабораторных животных для изучения особенностей остеогенеза
Образцы смешанных силико-германо-фосфатов показали свою биосовместимость. Исследование остеокондуктивных свойств изучаемых материалов произведено на модели полного критического диафизарного дефекта бедренной кости крысы.
Все задачи проекта полностью выполнены.
Публикации
1. Голубчиков Д.О., Путляев В.И. Остеокондуктивные композиты на основе поликапролактона, наполненного стабилизированным аморфным фосфатом кальция, для регенерации костной ткани Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2024», Москва, том.1, без страниц (год публикации - 2024)
2. Преображенский И.И., Филиппов Я.Ю., Путляев В.И. Изменение микроструктуры и механических свойств в зависимости от температуры термообработки биокерамики на основе фосфатов магния XIV Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, стр.49 (год публикации - 2024)
3. Преображенский И.И. СПОСОБНОСТЬ К РЕЗОРБЦИИ В МОДЕЛЬНОЙ СРЕДЕ БИОКЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ ФОСФАТОВ МАГНИЯ XXI Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» (с международным участием), сборник трудов конференции, Москва, без страниц (год публикации - 2024)
4. Леонтьев Н.В., Евдокимов П.В., Путляев В.И. Остеоиндуктивная керамика сложного состава на основе глазеритоподобных фаз для костно-тканевой инженерии XXIII Всероссийская школа-конференция молодых ученых «Актуальные проблемы неорганической химии: химия и экология». XXIII Всероссийская конференция, Красновидово, стр.178-179 (год публикации - 2024)
5. Леонтьев Н.В., Ларионов Д.С., Голубчиков Д.О., Филиппов Я.Ю., Климашина Е.С., Битанова В.А., Мурашко А.М., Щербаков И.М., Евдокимов П.В., Путляев В.И. Высокоэнтропийная биокерамика на основе смешанокатионных силикогерманатофосфатов с глазеритоподобной структурой Inorganic Materials: Applied Research (год публикации - 2025)
6. Голубчиков Д.О., Евдокимов П.В., Путляев В.И. Остеокондуктивные композитные скаффолды поликапролактон/фосфат кальция для регенерации костной ткани XXVII Всероссийская конференция молодых ученых-химиков (с международным участием), г. Нижний Новгород, стр.619 (год публикации - 2024)
7. Голубчиков Д.О., Евдокимов П.В., Путляев В.И. ОСТЕОКОНДУКТИВНЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ СКАФФОЛДЫ НА ОСНОВЕ МЕТАКРИЛИРОВАННОГО ПОЛИКАПРОЛАКТОНА ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ КОСТНОЙ ТКАНИ XXII МЕНДЕЛЕЕВСКИЙ СЪЕЗД ПО ОБЩЕЙ И ПРИКЛАДНОЙ ХИМИИ, Федеральная территория «Сириус», том.1, стр.376 (год публикации - 2024)
8. Самофалов П.С., Голубчиков Д.О., Путляев В.И. Создание композитных скаффолдов состава поликапролактон/аморфный фосфат кальция для обеспечения пролонгированного высвобождения модельного белка альбумина XXIII Всероссийская школа-конференция молодых ученых «Актуальные проблемы неорганической химии: химия и экология», Красновидово, стр.200-201 (год публикации - 2024)
9. Ларионов Д.С., Евдокимов П.В., Путляев В.И. СИНТЕЗ ФОСФАТОВ, ФОСФАТОГЕРМАНАТОВ И СИЛИКОФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ-НАТРИЯ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОДОМ ХХII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, 7-12 октя- бря, 2024, Федеральная территория «Сириус», том 6, стр.159 (год публикации - 2024)
10. Сафронова С.И., Ларионов Д.С. , Путляев В.И. Синтез фосфатов, силикофосфатов и фосфатогерманатов кальция-натрия методом Печини Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2024», Москва, том.1, без страниц (год публикации - 2024)
11. Преображенский И.И., Климашина Е.С., Путляев В.И. BIORESORPTION OF MAGNESIUM-BASED CERAMIC XIII International Conference on Chemistry for Young Scientists “MENDELEEV 2024”, Санкт-Петербург, стр.162 (год публикации - 2024)
12. Леонтьев Н.В., Евдокимов П.В., Путляев В.И БИОКЕРАМИКА СО СЛОЖНЫМ ХИМИЧЕСКИМ СОСТАВОМ НА ОСНОВЕ СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ ГЛАЗЕРИТОПОДОБНЫХ ФАЗ ХХII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, Федеральная территория «Сириус», том 1, стр.464 (год публикации - 2024)
13. Голубчиков Д.О., Евдокимов П.В., Путляев В.И. Композиты на основе термопластичных полимеров, наполненных фосфатами кальция, для регенерации костной ткани XIV Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии, Москва, стр.13 (год публикации - 2024)
14.
Голубчиков Д.О., Сафронова Т.В., Подлягин В.А., Шаталова Т.Б., Колесник И.В., Путляев В.И.
Silicate-substituted hydroxyapatite bioceramics fabrication from the amorphous powder precursor obtained from the silicate-containing solutions
Mendeleev Communications, 34, 847–849 (год публикации - 2024)
10.1016/j.mencom.2024.10.025
15. Голубчиков Д.О., Евдокимов П.В., Путляев В.И. ОСТЕОКОНДУКТИВНЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ СКАФФОЛДЫ НА ОСНОВЕ МАТРИЦЫ ИЗ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ПОЛИМЕРОВ, НАПОЛНЕННОЙ АМОРФНЫМ ФОСФАТОМ КАЛЬЦИЯ ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ КОСТНОЙ ТКАНИ 27-я Пущинская школа-конференция молодых ученых с международным участием «Биология – наука XXI века» Пущино, 22–25 апреля 2024 г., стр.115 (год публикации - 2024)
Возможность практического использования результатов
Полученные результаты могут быть использованы для изготовления высокорезорбируемых остеокондуктивных керамических матриксов нового типа с усиленной остеоиндуктивной функцией для персонализированной реконструкции и лечения костной ткани в травматологии, ортопедической и челюстно-лицевой хирургии, онкологии.