Разработка биомиметиков – материалов, структура которых повторяет строение биологических тканей, является одним из перспективных направлений в современном материаловедении. Считается, что копирование сложной иерархической структуры может позволить создать ресторативные материалы и материалы для ортопедических конструкций с такими сочетаниями служебных характеристик, которые невозможно получить в традиционных конструкционных материалах. Зубная эмаль является самой прочной и в тоже время самой простой по строению твердой тканью организма человека, которая обладает уникальными физико-механическими свойствами, сочетающими высокие прочность, стойкость к истиранию и коррозионную стойкость. Поэтому ее рассматривают как прототип для биомиметиков. Целью настоящего проекта является разработка научных основ создания и исследование физико-механических свойств тканеэквивалентных материалов на основе зубной эмали для замещения утраченных твердых тканей зубов и ортопедических конструкций в стоматологии. Разработкой принципов создания синтетических материалов со сложной иерархической структурой занимаются во многих ведущих научных центрах. Основной трудностью здесь является поиск компромисса между сложностью структуры синтезируемого материала и возможностью его производства в рамках коммерческой технологии. Воспроизвести строение эмали на микро- уровне при помощи аддитивных технологий в лабораторных образцах возможно, однако физико-механические свойства таких структур далеки от требований, предъявляемым к ресторативным материалам. В проекте используется альтернативный подход к решению проблемы, а именно, «упрощение» структуры биомиметика путем исключения морфологических элементов, не связанных с обеспечением прочностных свойств материала. Используемые в работе физические методы исследования (оптическая металлография, электронная микроскопия на отражение и на просвет, механические испытания по разным схемам) позволяют детально изучить структуру, элементный состав эмали на разных масштабах, аттестовать ее прочностные свойства и, таким образом, определить такие морфологические элементы. С другой стороны, в проекте проводится поиск материалов с близкими к эмали физико-механическими свойствами, структурой и химическим составом среди таких природных и синтетических неорганических материалов как гранит и серпентинит, керамика на основе оксида алюминия плазменного напыления и цементно-песчаная смесь. Особенностью проекта является исследование механизмов роста трещин в модельных материалах на микро- и нано- масштабах на основе которых будет разработана модель роста трещин в биомиметике со структурой зубной эмали. Эта модель будет использоваться для оценки долговечности разрабатываемых материалов. В результате реализации проекта будет описана взаимосвязь между структурой на микро- и нано- масштабах и особенностями роста трещин в эмали интактных зубов пациентов подросткового и зрелого возраста, фоссолицированной (окаменелой) эмали ископаемых зубов, в других модельных материалах. Во всех изученных материалах будут аттестованы механизмы роста трещин на микро- и нано- масштабах и на этой базе будет разработана модель, которую можно будет использовать для прогноза ресурса долговечности биомиметиков со структурой зубной эмали. На каждом структурном уровне эмали будет определен элемент морфологии, который «управляет» ее прочностными свойствами и которые будут воспроизведены в биомиметике. Будет определено, какие из модельных материалов по своим физико-механическим свойствам наиболее близки к эмали зубов, и, следовательно, которые можно использовать при создании биомиметиков. Будут сформулированы рекомендации по разработке технологии производства композиционных материалов по структуре и физико-механическим свойствам близким к зубной эмали, которые можно использовать в качестве пломбных материалов и материалов для ортопедических конструкций в стоматологии.
