Ученые ННГУ им. Н.И. Лобачевского методом горячего прессования изготовили прозрачную керамику фторапатита кальция с рекордным пропусканием. Разработка позволит проще и дешевле создавать инновационную прозрачную керамику для медицины и оптики.
Керамика на основе фторапатита кальция — это перспективный материал, отличающийся прозрачностью в видимом и ИК-диапазонах, а также высокой биосовместимостью. Совокупность этих свойств позволяет использовать материал в медицине: ученые предлагают создавать «окна», имплантируемые в организм, через которые можно будет наблюдать за живыми тканями. Это позволит следить за регенерацией и клеточными изменениями без дополнительных хирургических вмешательств.
«Подобные материалы близки по составу к неорганической основе костной ткани, поэтому их роль в медицине уже широко описана. Но применение именно прозрачных керамик в медицинских целях до сих пор не распространено. Ранее зарубежные исследователи создавали прозрачные имплантируемые “окна” для медицины на основе диоксида циркония. Это материал с отличными оптическими и механическими свойствами, но он биоинертный. Оптическая керамика на основе фторапатита кальция перспективнее, так как обеспечивает лучшее взаимодействие с живыми тканями и клетками», — рассказал корреспонденту портала «Научная Россия» сотрудник лаборатории оптических керамических материалов химического факультета ННГУ им. Н.И. Лобачевского Марсель Назмутдинов.
Ученый добавил, что этот материал также востребован в фотонике. Известно, что на основе монокристаллов фторапатитов, при их легировании ионами редкоземельных металлов, создаются активные среды для лазеров с высоким КПД. Их характеристики по ряду параметров превышают аналоги, например, широко используемые иттрий-алюминиевые гранаты. Так, на основе фторапатита стронция ранее был создан мощный лазер для установки Mercury. Однако выращивание качественных монокристаллов – это дорогой и сложный технологический процесс. Прозрачные керамики выступают более доступной и масштабируемой альтернативой.
Специалисты Университета Лобачевского разработали технологию создания прозрачной керамики на основе фторапатита кальция, которую можно эффективно масштабировать.
«Чтобы при спекании подобного материала он получился прозрачным, помимо температуры к порошку необходимо прикладывать внешнее давление. Для этого применяют несколько близких методов. Мы использовали метод горячего прессования: он технологичный, и экономически более эффективный, в отличие от аналогов. Вторым важным условием является использование подходящих нанопорошков, нам также удалось их синтезировать. При этом для спекания мы использовали установку, которую ранее разработали мои старшие коллеги из ИХВВ РАН и Университета Лобачевского», — отметил Марсель Назмутдинов.
Теперь ученые изучают свойства прозрачной керамики на основе фторапатита кальция и его взаимодействие с другими материалами и веществами. В частности, в области исследования биосовместимости планируют провести эксперимент с живыми существами. И параллельно специалисты развивают технологию производства материала, чтобы повысить его качество и эффективность метода.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Фото: Андрей Скворцов / пресс-служба Университета Лобачевского
