Methodological approaches to development of bioactive resorption glass-ceramic materials for bone endoprosthetics


Keywords:
calciumsilicatephosphate glass, glass-ceramic materials, methodological approach, bone endoprosthetics

Abstract

The importance of creation of innovative resorption biocompatible glass-ceramic materials for bone endoprosthetics with high mechanical properties and a significant level of bioactivity which based on calcium-silicophosphate glasses is determined. A methodological approach to the development of bioactive resorption glass-ceramic materials for bone endoprosthetics was developed. Theoretically justified the direction of obtaining biocompatible inorganic glass-materials for the replacement of defects in bone tissue and the basic principles of their creation. A set of modern complementary research methods necessary to determine the basic physico-chemical and operational properties of these materials is established. Specific features of designing compositions and structure of glass-ceramic materials for bone endoprosthetics and a complex of necessary operational properties are determined. Developed bioactive glass-ceramic materials based on calcium-silicophosphate glasses, which are characterized by optimal physicochemical, medical and biological properties. The developed materials can be used as implants to replace statically and dynamically loaded sections of bone tissue in the maxillo-facial surgery.

Based on the results of experimental studies on glass formation and on the basis of analysis of structural coefficients, glass warehouses have been selected and synthesized. The mechanism of structure and phase formation of calcium silicofosphate glass materials has been experimentally determined. The conditions of formation of patite-like layer on the surface of SCM in vitro are established. The possibility of adsorption of proteins on the surface of SCMs developed to provide a strong bonding layer of the implant with bone at high loads is confirmed.

The approach formulated the importance of creating materials for bone endoprosthesis with the slick terms of merging, the purpose and objectives of the study, the basic hypothesis, a system of criteria for obtaining resorptive glass-ceramic materials, taking into account the requirements for their operational properties, and the choice of the system for the obtaining of glue-based materials has been substantiated.

Clinical and microbiological studies allowed to establish non-toxicity, bactericidality and biocompatibility of developed glass-ceramic materials and confirmed the possibility of their use as implants in bone endoprosthetics with shortened joining lines.

References

1. Строганова, Е.Е. Новые технологии создания и применения биокерамики в восстановительной медицине / Е.Е. Строганова // Стекло и керамика. – 2008. – № 1. – С. 37 – 38.

2. Биоматериалы: анализ современных тенденций развития на основе данных об информационных потоках / М.А. Тихоновский, А.Г. Шепелев, Х.В. Кутнин [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. – 2008. – № 1(17). – С. 166 – 172.

3. Сучасні технології біосумісних матеріалів для кісткового ендопротезування / О.В.Саввова, О.В. Бабіч, О.І. Фесенко, Г.К. Воронов: монографія. – Харків: НТУ «ХПІ». – 2017. – 280 с.

4. Лысенок, Л.Н. Остеогенез и возможности остеозамещения / Л.Н. Лысенок // Клиническая имплантология и стоматология. – 2000. – № 1-2. – С. 63 – 65.

5. Керамопластика в ортопедии и травматологии: монография / А.А. Корж, Г.Х. Грунтовский, Н.А. Корж, В.Т. Мыхайлив. ‒ Л.: СВИВТ. – 1992. – 112 с.

6. Саркисов, П.Д. Направленная кристаллизация стекла – основа получения многофункциональных стеклокристаллических материалов / Саркисов П.Д. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева. – 1997. – 218 с.

7. Дубок, В.А. Современные неорганические биоматериалы для пластики кости – пути и результаты усовершенствования / В.А. Дубок, Г.В. Гайко, А.Т. Бруско [и др.] // Вісник Української медичної стоматологічної академії. – 2007. – Том 7. – Випуск 1-2. – С. 271 – 280.

8. Загородько, О.В. Загальна характеристика основних остеозаміщувальних імплантатів для кісткової пластики / О.В. Загородько, Н.Г. Антонюк, А.Ф. Бурбан // Магістеріум. – Випуск 33: Хімічні науки. – 2008. – С. 29 – 35.

9. Vogel, J. Phosphate glasses and glass-ceramics for medical application / J. Vogel, P. Wange, P. Hartman // Glastechnischeberichte-glass science and technology. – Frankfurt: Verlag der Deutschen Glastechnichen Gesellschaft. – 1997. – Vol. 70, № 7. – P. 220 – 223.

10. Белецкий, Б.И. Кремний в живых организмах и биокомпозиционных материалах нового поколения /Б.И. Белецкий, Н.В. Свентская // Стекло и керамика. – М.: Ладья. – 2009. – № 3. – С. 26 – 30.

11. Структура та властивості склокристалічних матеріалів: монографія / Л.Л. Брагіна, О.В. Саввова, О.В. Бабіч, Ю.О. Соболь. – Харків: ООО «Компанія СМІТ». – 2016. – 253 с.

12. Комлев, В.С. Влияние содержания карбонат-групп в карбонат-гидроксиапатитовой керамике на ее поведение in vivo / В.С. Комлев, И.В. Фадеева, А.Н. Гурин [и др.] // Неорганические материалы. – 2009. – № 45 (3). – С. 373 – 378.

13. Savvova, O.V. Biocide apatite glass-ceramic materials for bone endoprosthetics / O.V. Savvova // Chemistry & Chemical Technology. – Lviv.: Lviv Polytechnik National Universiny. – 2013. – Vol. 7, № 1. – Р. 109 – 112.

14. Стеклокристаллические покрытия по керамике: монография / Г.В. Лисачук, М.И. Рыщенко, Л.А. Белостоцкая [и др]. – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2008. – 480 с.

15. Брагина, Л.Л. Технология эмали и защитных покрытий / Под ред. Л.Л. Брагиной, А.П. Зубехина // Харьков: НТУ ХПИ; Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ).– 2003. – 484 с.

16. Каназава, Т.К. Неорганические фосфатные материалы / Т.К. Каназава. – К.: Наукова думка. – 1998. – 298 с.

17. Glass ceramic materials and coatings / O.V. Savvova, L.L. Bragina, G.N. Shadrina [et al.] // Glass and Ceramics. – 2017. – Vol. 74, № 1. – P. 29 – 33.

18. Pat. US 006054400А, Int.Cl. C03C 3/097; U.S.Cl. 501/63. Bioactive glasses and their use / Maria Brink, Kaj Karlsson, Antti Yli-Urpo (Finlad). – № 08/860,200; Filled Jan. 2, 1996; date of patent Apr. 25, 2000. – P. 15.

19. Hench, L.L. The future of bioactive ceramics / L.L. Hench // J. Mater. Sci. Mater. Med. ‒ 2015. ‒ Vol. 26, № 2. ‒ P. 86 – 90.
Published
2018-10-16
How to Cite
Savvova, O. V., Babich, O. V., & Fesenko, O. I. (2018, October 16). Methodological approaches to development of bioactive resorption glass-ceramic materials for bone endoprosthetics. Ceramics: Science and Life, (3(40), 14-22. https://doi.org/10.26909/csl.3.2018.2