Труды КНЦ вып.4(ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 3/2020(11)

DOI: 10.37614/2307-5252.2020.3.4.022 УДК 666.3-127; 546.41 КОСТНЫЕ ЦЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ФОСФАТ КАЛЬЦИЯ — ФОСФАТ МАГНИЯ С ДОБАВЛЕНИЕМ КАТИОНОВ СЕРЕБРА И ЦИНКА П. А. Крохичева, М. А. Гольдберг, А. С. Баикин, Д. Р. Хайрутдинова Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия Аннотация Рассматриваются перспективы использования катионзамещённых цементов на основе системы фосфат кальция — фосфат магния с соотношением (Ca + Mg) / P = 2, содержащих 40 мол. % Mg, для применения в реконструктивной хирургии. Синтез порошков производился методом осаждения из раствора солей, проведена аттестация порошков с помощью метода рентгенофазового анализа (РФА), формировались основные фазы: магнийзамещенная витлокитовая фаза (Ca 2,589 Mg 0,411 PO 4 ), оксид магния MgO и станфелдит (Mg 3 Ca 3 (PO 4 ) 4 . Установлено среднее время схватывания цементных образцов с затворяющей фосфатной жидкостью (6-9 мин), наилучшие механические свойства проявляют образцы с содержанием 0,5 мас. % Zn (26,5 ± 1,3 МПа). Ключевые слова: биоматериалы, фосфат кальция, фосфат магния, костные цементы, станфелдит. BONE CEMENTS BASED ON THE CALCIUM PHOSPHATE — MAGNESIUM PHOSATE SYSTEM WITH ADDITION OF SILVER AND ZINC CATIONS P. A. Krokhicheva, M. A. Goldberg, A. S. Baikin, D. R. Khayrutdinova Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia Abstract The main highlights in this paper are about investigation of cation-dopped cements based on the calcium phosphate — magnesium phosphate system with a ratio of (Ca + Mg) / P = 2 containing 40 mol. % Mg for application in the reconstructive surgery. The powders were synthesized by the method of deposition from a salt solution, the powders were certified using the X-ray phase analysis (XRD), the main phases were the magnesium-substituted vitlokite phase (Ca 2,589 Mg 0,411 PO 4 ), magnesium oxide MgO, and stanfeldite (Mg 3 Ca 3 (PO 4 ) 4 . The setting time of cement samples with mixing phosphate fluid is 6-9 min; the high mechanical properties are exhibited by the samples with a content of 0,5 mass % Zn (26,5 ± 1,3 MPa). Keywords: biomaterials, calcium phosphate, magnesium phosphate, bone cements, stanfeldite. Создание костных цементов и керамики на основе смешанных кальций-магниевых фосфатов является перспективным направлением в биоматериаловедении и позволяет достичь синергии преимуществ обоих компонентов системы. Известно, что фосфат кальция является основным минеральным компонентом костной ткани и обеспечивают биосовместимость и остеокондуктивность материалов на их основе. В то же время магний является важнейшим элементом в организме человека, стимулирующим пролиферации остеобластов и оказывающий тем самым воздействие на их минерализацию. В работе [1] был произведен синтез костных цементов в системе (Ca + Mg) / P = 2 методом осаждения из водных растворов, среднее время схватывания цементов составило 8-10 мин, прочность 36-40 МПа. Таким образом, была продемонстрирована возможность применения кальций-магниевых фосфатных костных цементов (КМФЦ) в качестве альтернативы кальций-фасфатных цементов (КФЦ) для замещения дефектов костной ткани. Актуальной задачей является получение костных цементов, обладающих собственными антимикробными свойствами. Катионзамещенные цементы характеризуются более длительным сроком антимикробного воздействия за счет более медленного выделения катионов, находящихся в структуре фосфатов кальция [2]. Использование катионов при замещении кальция в структуре ТКФ, например Ag + , Cu 2+ и Zn 2+ , было предложено как способ нивелирования основных недостатков использования традиционных антибиотиков [3]. В данной работе был произведён синтез порошков катионзамещённых (Ag + и Zn 2+ ) цементов на основе кальций-магниевых фосфатов с соотношением (Ca + Mg) / P = 2. Синтез производился методом соосаждения из водного раствора солей по реакции: 4(1 - x )Ca(NO 3 ) 2 + 4 x Mg(NO 3 ) 2 + 4(NH 4 ) 2 HPO 4 + 8NH 4 OH = Ca (4-4 x ) Mg 4 x O(PO 4 ) 2 +16 NH 4 NO 3 + 6 H 2 O, где х = 0,4. 103