Фотоспетроментичне дослідження структури поверхневого шару матеріалів АСЗ-5 та FAR 5 після витримки in vivo

Abstract

Механізм скріплення кісткової тканини з матеріалом аналогічний механізму природного ремоделювання кістки. Після імплантації біоактивних матеріалів жива кістка формує міцний фізико-хімічний зв’язок з імплантатом, який повинен характеризуватися значною стабільністю проти хімічного і біологічного руйнування під дією рідкого середовища людського організму, оскільки призначений для постійного знаходження усередині людського тіла. Мета дослідження: на основі експериментальних і теоретичних досліджень електронної будови апатитів природного походження встановити механізм взаємодії АСЗ-3 та FAR 5 з органічним матриксом нативної кіст-ки і зародкоутворення апатиту in vivo. Матеріали та методи. Хімічний склад поверхневих шарів та їх структуру визначали кількісним методом електроного зондового мікроаналізу на скануючому електроному мікроскопі РЭМ Tescan Mira 3LMU з використанням енергодисперсійного спектрометру Oxford X-max 80mm. Результати досліджень та їх обговорення. Результати дослідження поперечного перерізу склокристалічного матеріалу FAR 5, який було імплантовано в кісткову тканину, дозволили встановити таке: після 14 та 28 витримки in vivo в умовах статичних та динамічних навантажень імплантат щільно прилягає до кісткової тканини, що свідчить про цілісність формування зв’язку імплантат – кісткова тканина. Структура імплантату після динамічних навантажень не втрачає міцності: не містить тріщин і зломів та наявності дебрису. Це вказує на відповідність пружних та механічних властивостей до таких як у кісткової тканини. При поперечному перерізі зразку АСЗ-5, який імплантовано у кісткову тканину, через 14 діб in vivo cпо-стерігається його міцна фіксація у зоні контакту. Після 28 діб in vivo зразок АСЗ-5 характеризується незначними зламами поверхні, що свідчить про його крихкість. Це може обумовити складність вилучення імплантату при повторних операціях. Однак завдяки тому, що даний зразок характеризується здатністю до прискореного формування апатитоподібного шару впродовж одного місяця, процес мінералізації даного імплантату дозво-лить забезпечити його міцність впродовж експлуатації. Висновки. Встановлено, що природні апатити характеризуються наявністю великої кількості дефектів у їх структурі. Мінералізація нанодисперсних кристалів кістки у відсутності умов формування апатиту з перебігом тривалого часу супроводжується деградацією кісткового мінералу. Встановлені умови осадження кристалічних фаз АМФ та ОГА як прекурсорів для формування апатитового шару ГАП на поверхні імплантату in vivo, що є запорукою успішної адаптації імплантату в середовищі ор-ганізму.

The mechanism of attachment of bone tissue to the material is similar to the mechanism of natural bone remodeling. After implantation of bioactive materials, living bone forms a strong physico-chemical bond with the implant, which should be characterized by considerable stability against chemical and biological destruction under the action of the liquid environment of the human body, since it is intended for permanent residence within the human body. Objective. Based on experimental and theoretical studies of the electronic structure of natural apatites to establish the mechanism of interaction of ASZ-3 and FAR 5 with the organic matrix of native bone and germination of apatite in vivo. Materials and methods of study. The chemical composition of the surface layers and their structure was determined by quantitative electron probe microanalysis on a Tescan Mira 3LMU SEM using an Oxford X-max 80mm energy dispersion spectrometer. Research results. The results of a cross-sectional study of a fiberglass material FAR 5 implanted in bone tissue allowed us to establish the following: after 14 and 28 in vivo exposure under static and dynamic loads, the implant is tightly attached to the bone tissue, which indicates the integrity of the bond-forming integrity. bone tissue. The struc-ture of the implant after dynamic loading does not lose strength: it does not contain fracture fracture and the presence of debris. This indicates that elastic and mechanical properties are consistent with those of bone tissue. A cross section of the ASZ-5 sample implanted into the bone tissue after 14 days in vivo shows its firm fixation in the contact area. After 28 days in vivo, the ASZ-5 sample is characterized by slight fractures of the surface, indicating its fragility. This can make it difficult to remove the implant during repeated operations. However, due to the fact that this specimen is characterized by the ability to accelerate the formation of the apatite layer within one month, the process of mineralization of the implant will allow to ensure its durability during operation. Conclusions. It is established that natural apatites are characterized by a large number of defects in their structure. The mineralization of nanodispersed bone crystals in the absence of conditions of apatite formation over a long time is accompanied by bone mineral degradation. The conditions of deposition of crystalline phases of AMP and YEA as precursors for the formation of the apatite layer of GAP on the surface of the implant in vivo have been established, which is the key to successful adaptation of the implant in the environment of the body.