Проект направлен на решение задачи на стыке материаловедения и стоматологии – разработки научных основ получения материалов для стоматологических имплантов с высокой биосовместимостью и с прочностными свойствами, близкими к свойствам твердых тканей зубов человека. Эмаль зубов человека – минерал биологического происхождения на основе гидроксиапатита кальция, который часто выбирают в качестве прототипа для стоматологических биомиметиков - материалов ресторативного назначения. Синтетические и природные апатиты кальция демонстрируют приемлемую биосовместимость, но низкие механические свойства по сравнению с зубной эмалью. Одним из путей создания биомиметиков является «замена» гидоксиапатита кальция неорганическим материалом с более высокой биосовместимостью и механическими свойствами, сравнимыми со свойствами эмали зубов. Скорлупа птичьих яиц представляется перспективным объектом для такой замены, поскольку она демонстрирует высокую биосовместимость с тканями живых организмов и, возможно, близкие к эмали прочностные свойства. Целью проекта является изучение механических свойств образцов, вырезанных из скорлупы яиц домашних и диких птиц для того, чтобы сравнить прочностные характеристики скорлупы и эмали зубов человека. Сдвиговые и точечные нагрузки – основные типы деформации, которые испытывают зубы человека при пережевывании пищи, поэтому основное внимание в проекте будет уделено изучению деформационного поведения лабораторных образцов при сдвиге, изгибе и микроиндентировании на воздухе и в водных средах, близких по составу к ротовой жидкости человека. Структура, химический состав и механические свойства скорлупы разных птиц будут сравниваться между собой с целью поиска биоминералов со свойствами, близкими к свойствам зубной эмали человека. Деформационное поведение лабораторных образцов на микроскопическом уровне будет изучаться путем наблюдения за трещинами при изгибе непосредственно на световом металлографическом микроскопе. При помощи сканирующего электронного микроскопа буду изучены трещины в скорлупе при больших увеличениях и морфология изломов образцов после испытаний. На оптическом микроскопе в режиме на «просвет» будет исследована область перед трещиной в тонких образцах скорлупы, где возможно существование пластической зоны. Полученные на скорлупе яиц результаты будут сопоставлены с подобными данными по деформационному поведению эмали зубов и горных пород. На основе такого сравнения будет разработана физическая модель деформационного поведения биоминералов и горных пород, включая развитие трещин, объясняющая их вязкоупругое поведение на микроскопическом масштабе. Модель представляет интерес для горного дела, поскольку может позволить лучше понять, как зависят прочностные свойства природных неорганических материалов от их генезиса. Будет сделано заключение о возможности создания биомиметика на основе эмали зубов, путем замены гидроксиапатита кальция карбонатом кальция из скорлупы птичьих яиц, для применения в качестве ресторативного материала в стоматологии. По результатам исследований планируется опубликовать 4 статьи в журналах из WoS и SCOPUS, и представить результаты исследований на научных конференциях в России и за рубежом.
Ожидаемые результаты:
В результате реализации проекта будет детально описана взаимосвязь между строением и деформационным поведением лабораторных образцов, вырезанных из скорлупы яиц домашних (куры, утки, гуси, перепела, индейки) и диких птиц (цапля, канюк, глухарь, утка, гусь и другие). С этой целью планируется аттестовать структуру модельных материалов на микроуровне и изучить их механические свойства при нагружении по схемам сдвига / среза и 3-точечного изгиба и при микроиндентировании (по Виккерсу) на воздухе и в водных средах, близких по химическому составу к ротовой жидкости человека. Будет изучено развитие трещин в лабораторных образцах из скорлупы при изгибе непосредственно на металлографическом микроскопе. При помощи сканирующего электронного микроскопа будет изучена морфология трещин в скорлупе при больших увеличениях, недоступных оптической металлографии, и морфология поверхностей разрушения образцов после испытаний. На оптическом микроскопе в режиме на «просвет» будет исследована область перед вершиной трещины в тонких образцах скорлупы, где возможно существование пластической зоны. Полученные на скорлупе птичьих яиц результаты будут сопоставлены с подобными данными по деформационному поведению эмали зубов человека и горных пород различного генезиса. На основе такого сравнения будет разработана физическая модель деформационного поведения минералов биологического происхождения и горных пород, включая развитие трещин, объясняющая вязкоупругое поведение этих природных материалов на микроскопическом масштабе. Будет сделано заключение о возможности разработки биомиметика на основе эмали зубов человека, путем замены гидроксиапатита кальция карбонатом кальция из скорлупы птичьих яиц, для применения в качестве ресторативного материала в стоматологии.
