Немецкие химики разработали стеклокерамические материалы с нанокристаллами

Немецким ученым удалось разработать новый класс стеклокерамических материалов с нанокристаллической структурой. Как утверждают исследователи, материал подходит для применения в стоматологии благодаря хорошим оптическим характеристикам и высокой прочности.

Наиболее прочным материалом в организме человека является зубная эмаль. Когда мы жуем шницель или кусаем яблоко, на поверхность зубов оказывается сильное давление. По словам профессора Кристиана Рассела (Christian Rüssel) из Университета имени Фридриха Шиллера в Йене, пломбы, стоматологические мосты и зубные протезы должны выдерживать такое же силовое воздействие, как и природные зубы. Керамические материалы, которые широко применяются для изготовления зубных протезов, во многом уступают новой разработке. Стеклокерамику на основе оксидов магния, алюминия и кремния отличает крайне высокая прочность. «Она в пять раз выше прочности керамических материалов, используемых в стоматологии сегодня», - поясняет профессор Рассел.

Немецкие химики работали над созданием керамики высокой плотности довольно длительное время, изначально не планируя ее применение в области стоматологии. Ученые предполагали использовать полученный материал для разработки новых жестких компьютерных дисков. Тем не менее, исследователи убеждены, что оптические характеристики нового продукта позволят использовать его и в стоматологических целях. Предполагается, что материал для изготовления протезов не будет отличаться по оптическим свойствам от естественных зубов. При создании керамики стоматологического назначения учитывался тот факт, что зубная эмаль частично прозрачна.

Для получения стеклокерамического материала, обладающего всеми необходимыми свойствами, предстояло работать в соответствии со строго определенным температурным режимом. На первом этапе исходное сырье подвергали плавлению при температуре около 1500°C, затем смешивали, охлаждали расплав и раскалывали застывшую массу на маленькие кусочки. Полученный материал снова плавили и охлаждали. На завершающей стадии при контролируемом нагревании до 1000°C образовывались нанокристаллы. Стоит отметить, что последняя процедура кристаллизации является наиболее важной для достижения высокого уровня прочности готового продукта. Профессор Рассел отмечает, что с технической точки зрения процесс получения нанокристаллического стеклокерамического материала напоминал эквилибристику, поскольку материал со слишком высокой степенью кристалличности рассеивает свет, мутнеет и напоминает по внешнему виду штукатурку. Секрет новой разработки заключается в консистенции нанокристаллов, размеры которых в среднем составляют 100 нанометров. «Нанокристаллы слишком малы, чтобы сильно рассеивать свет, поэтому керамический материал выглядит полупрозрачным, как и естественный зуб», - отмечает профессор Рассел. 

Результаты исследования опубликованы в издании «Journal of Biomedical Materials Research». Ученые не отрицают, что предстоит провести масштабную работу, прежде чем стеклокерамический материал с нанокристаллической структурой будет использован для изготовления зубных протезов. Однако фундамент уже заложен, и группа исследователей уверена в успехе изобретения.