Введение 8
1. Литературный обзор 10
1.1 Состав и структура костной ткани. Современные требования к костным
имплантатам 10
1.2 Ортофосфаты кальция. Применения, классификация, получение, свойства 17
1.3 Способы и особенности синтеза гидроксиапатита 25
1.4 Структура гидроксиапатита 30
1.5 Полимеры, применяемые в реконструктивной медицине 31
1.6 Полимерные композиты на основе гидроксиапатита 32
2. Объект и методы исследования 39
2.1. Рентгенофазовый анализ 39
2.2. Метод ИК-спектроскопии 41
2.3. Седиментационный анализ 41
2.4. Метод низкотемпературной адсорбции азота 42
2.5. Методы определения морфологии и размеров частиц материалов 44
2.6. Методы определения элементного состава 45
2.7. Характеристика веществ, использованных для синтеза ГАП и
исследования свойств материалов на его основе 45
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 47
5.1. Предпроектный анализ 47
5.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования 47
5.1.2. Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 47
5.1.3. FAST-анализ
5.1.4 SWOT-анализ 55
5.1.5. Оценка готовности проекта к коммерциализации 57
5.1.6. Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования 59
5.2. Инициация проекта 59
5.3. Планирование управления научно-техническим проектом 62
5.3.1. План проекта 62
5.3.2. Бюджет научного исследования 65
5.3.3. Реестр рисков проекта 70
5.4. Оценка сравнительной эффективности исследования 72
Список публикаций студента 76
В настоящее время в области ортопедии прочно закрепились определенные материалы, применяемые в конкретных областях тела. В основе таких материалов лежат прочные металлические материалы (титан и сплавы на его основе), биоинертная керамика (алюмо-циркониевая, циркониевая) [1]. Однако имеются области регенеративной медицины, где незаменимым является кальциево-фосфатная керамика и изделия на ее основе. При этом малая прочность кальциево-фосфатной керамики не позволяет ее использовать в качестве объемных элементов способных нести поддерживающую функцию, поэтому данная керамика нашла себя в качестве покрытий на металлические и керамические имплантаты, снижая риск отторжения в первые периоды приживания [2,3,4,5]. При этом в стремлении достичь большую прочность кальциево- фосфатной керамики, уменьшается пористость, шероховатость, также вводятся добавки, что неизбежно ведет к уменьшению остеоинтеграции [6,7]. Таким образом современные керамические технологии для создания объемных систем становятся малопригодными для вживления в организм.
В настоящее время обширные дефекты костей (например, при онкологии) требуют использования имплантатов со сложной геометрией, которую можно получить при помощи совмещения комплекса рентгеновской томографии, моделирования и 3D-печати индивидуальных имплантатов для каждого пациента. Отсутствие полной геометрической конгруэнтности имплантата с окружающими тканями приводит к локальному отторжению эндопротеза в зонах с недостаточной интеграцией, к объёмным образованиям фиброзной ткани [8].
С этой точки зрения наиболее подходящими материалами для формирования сложных объектов являются термопластичные полимеры карбоновых кислот (масляной, валериановой, молочной), благодаря чему они широко применяются в восстановительной медицине для лечения переломов, в том числе заменяя металлические штифты [8,9,10,11]. В то же время приводятся данные, что изделия, выполненные из биополимеров, приводят к неполной деградации даже через 5 лет, а полимерные штифты из ПЛА вовсе не подвергаются полному рассасыванию и замещению на кость, что ведет к рискам переломов и воспалениям ввиду возникающих микротрещин [12, 13, 14].
Другим недостатком биополимеров карбоновых кислот является снижение рН биологических жидкостей, омывающих имплантат, что в наряду с другими факторами способствует развитию асептического воспаления и образованию толстой капсулы из соединительной ткани между имплантатом и костью [15, 16]. Возникает микроподвижность имплантата, присоединение инфекционных агентов, инфекционное воспаление и неизбежное его удаление, которое в целом обозначают как “неуспех имплантата” [16].
Таким образом ослабление отрицательного влияния полимера может быть достигнуто путем сочетания в одном композите биополимера и кальцийфосфатной керамики. Такие композиты теоретически должны контролируемо замещаться костной тканью, что приведет к зарастанию дефекта кости [17,18]. Известны материалы с содержанием гидроксиапатита (ГАП) и (со)полимеров полилактида в отношении 5:95, способных к растворению и врастанию в костную ткань человека-реципиента [4, 10, 19]. Поэтому увеличение
биокерамики на основе кальциевых-фосфатов в перспективе должно нормализовать pH прикостных жидкостей и уменьшать влияние растворения полимера, в перспективе с образованием новой кости.
Объектом исследования являются биокомпозиты и его ключевые компоненты - ПЛА, ГАП. Предмет данного исследования - разработка технологии получения биокомпозита на основе гидроксиапатита- полилактида.
