Хімічні аспекти биосовместимости металів

Відео: Прес конференція з трансмутації (Швейцарія). Press Conference of transmutation (Switzerland)

Розчинність і електричний заряд продуктів корозії

Згідно з даними Steinemann (1980, 1994), як ступінь розчинності, так і електричний заряд стабільних продуктів корозії, що утворюються на її ранній стадії, є дуже важливими показниками, що впливають на проникнення металу в тканини і розвиток в них біологічних реакцій. У водно-сольовий середовищі, що входить до складу біологічних рідин, це зазвичай гідроксиду, гідроксиди, оксиди, іноді галліди і органічні комплекси. Оскільки гідроліз відіграє значну роль в процесі ступеневої анодного розчинення металу, потрібно ретельно враховувати тотожність і стабільність продуктів гідролізу. З цих позицій найбільш бажаний групами є електронейтральні матеріали, такі як Ме (ОН)₄ (Де Me - метал). У загальному випадку при низькій концентрації їх спорідненість з органічними молекулами дуже мала. Крім того, вони, як правило, мають досить низьку розчинність (Steinemann, 1994).

Дуже важлива інформація про потенційну биосовместимости металів може бути отримана з аналізу розчинності їх нейтрального гідроксиду та визначення розмірів області рН, в якій переважає цей нейтральний гідроксид. Як правило, нейтральні гідроксиди металів, використовуваних в якості імплантатів, мають порівняно низьку розчинність. Однак при фізіологічному рН = 7,4 гідроксиди більшості металів заряджені або позитивно, наприклад Ме (ОН)₂⁺, або негативно, наприклад Me (ОН)₆^-, що може викликати негативні тканинні реакції і підвищення розчинності (Pourbaix, 1974- Baes, 1976).

Низька розчинність основних продуктів гідролізу металу при рН = 7,4 добре корелює з їх биосовместимостью. З цих позицій найбільш оптимальними металами є Cr, Au, Al, Fe (III), Ti, Та, Nb, Zr і Pt.

Якщо розглядати питання біосумісності матеріалу з позиції електричного заряду, то заряджені негативно Au, Pt, Al, Fe (III), Ti, Та й Nb краще підходять для виготовлення імплантатів.

Варто пам`ятати, що в ряді випадків може відбуватися перехід одного і того ж металу, наприклад за рахунок зміни валентності, з одного класу в інший з втратою биосовместимости. Так, Fe (III) електронегативно і високу біосумісність. У той же час Fe (II), яке утворюється в процесі корозії металу, має дуже високу розчинність і сильний позитивний заряд, що робить його саме по собі непридатним для використання в імплантатах. З іншого боку, якщо метали мають низьку розчинність, то навіть за наявності позитивного, нейтрального або злегка негативного заряду вони показують високу біосумісність. До таких елементів можна віднести продукти гідролізу Zr або Ti, зокрема Ti (ОН)₃⁺, концентрація яких складає всього близько 10-10 моль / дм³ (Kovacs, Davidson, 1996).


А.В. Карпов, В.П. Шахов
Системи зовнішньої фіксації і регуляторні механізми оптимальної біомеханіки