2.3. Основы биомеханики керамических материалов и изделий

Керамика, используемая целях восстановления и реконструкции больных, поврежденных или удаленных частей тела, называется биокерамикой.

Это направление начало развиваться с 1960-х годов, после того как выяснилось, что металлические и полимерные имплантаты имеют существенные недостатки. В большинстве случаев клиническое применение биокерамики связано с восстановлением скелетной системы, состоящей из костей, суставов и зубов, и наращиванием как твердых, так и мягких тканей организма. Керамика также используется для замены частей сердечно-сосудистой системы, например, сердечных клапанов. Биостекла специального состава также используются терапевтически в терапии опухолевых заболеваний.

Существуют разные классификации керамики. В современной технологии считают, что керамика – это оксиды кремния и некоторых металлов (алюминия, титана, циркония, иттрия и ряда других металлов), карбиды (SiC), нитриды (Si3N4), а также бориды. Керамика – хороший кандидат в биоматериалы: она прочная, не поддается коррозии, не вступает в химические реакции. Кроме того, керамика не истирается, что важно для искусственных суставов и сочленений, имеет относительно низкую плотность 2–4 г/см³, а также обладает биосовместимостью и даже некоторой биоактивностью (поверхность керамических имплантатов может адсорбировать биологические молекулы). Но есть и минусы: все керамические материалы хрупкие и легко ломаются, особенно при изгибе, к тому же трудно сделать керамическое изделие сложной формы. Керамические имплантаты делают так же, как и металлические, то есть с помощью порошковой металлургии. Чтобы получить хороший биоматериал, надо иметь высококачественный (тонкодисперсный и не содержащий примесей) исходный порошок с частицами одинакового размера.

Биокерамика выпускается в разной форме и в разных фазах для выполнения разных функций (табл. 1, рис. 3.5).

Таблица 1 – Форма, фазы и функции биокерамики

Форма	Фаза	Функция
Порошок	Поликристалл Стекло	Заполнение промежутков между имплантатом и тканью, терапевтическое лечение, регенерация тканей
Покрытие	Поликристалл Стекло Стеклокерамика	Связывание тканей, препятствие образованию тромбов, защита от коррозии
Объемная	Монокристалл, поликристалл, стекло-керамика, композит (многофазная керамика)	Восстановление и наращивание тканей, замена нефункционирующих частей

Использование разных форм биокерамики зависит от требуемых свойств и функций. В частности, монокристалл сапфира используется как стоматологический имплантат вследствие своей высокой прочности. A/W стеклокерамика используется для замены позвонков из-за высокой прочности и способности связываться с костью. Биостекла имеют низкую механическую прочность, но они быстро связываются с костями, поэтому применяются для ускорения восстановления костных дефектов.

Керамика широко используется в стоматологии как восстановительные материалы, фарфорово-стеклянные коронки, иономерные цементы со стеклянным наполнителем (стеклоиономерный цемент) и т. д. Исследование керамики как имплантатов началось сравнительно недавно. Бедренные имплантаты из двуокиси алюминия нашли практическое применение немногим более 30 лет назад.