Každý z nás se stále setkává s klasickým sklem v mnoha podobách. Víte však, že ho díky vědeckým poznatkům můžete mít i v kostech, v ústech či v hlavě?
Nové technologie
Kromě běžně užívaných aplikací pro sklo, které vidíme kolem nás, existuje totiž celá řada velmi zajímavých možností jeho využití. Jsou to například skla pro optoelektroniku, vitrifikaci (zneškodnění) nebezpečných odpadů či ohebná skla pro membrány
Maličká vrstvička dokáže velké zázraky
„Jednou z nových aplikací jsou tzv. bioaktivní skla, obecněji bioaktivní materiály. Původně vyvinutá skla se postupně spíše využívala ve spojení s jinými materiály. Vznikly tím materiály využitelné v medicíně pro různé implantáty, v našem případě většinou implantáty kostní či dentální,“ řekl 21. STOLETÍ prof. Ing. Aleš Helebrant, CSc., děkan fakulty chemické technologie Vysoké školy chemicko – technologické (VŠCHT) v Praze. Současně je zde vedoucím Ústavu skla a keramiky, který má světovou pověst.
Na počátku všeho stál vědecký výzkum koroze skel, který ukázal, že se z některých skel vyluhují v tělních tekutinách (krvi, slinách) vápenaté ionty a zároveň se sklo rozpouští. Na jeho povrchu pak vzniká gelová vrstvička SiO2 – oxidu křemičitého. Málo odolná skla s nižším obsahem SiO2 tak vlastně v těle korodují výše popsaným způsobem. Přesytí roztok a na jejich povrchu se poté sráží hydroxyapatit – hydroxid fosforečnan vápenatý, složka našich kostí a zubů. Díky této vysrážené vrstvě může nový materiál srůst s kostní tkání.
Další výzkumy prokázaly, že uvedená mezivrstva nemusí zůstat „mrtvá“, ale za určitých podmínek poslouží jako jakési lešení pro kostní buňky. V onom místě se může vytvořit i nová kost.
Vývoj se nezastavuje
„To byl počátek vývoje takzvaných bioaktivních skel, což jsou chemicky málo odolná skla, která se rozpouštějí a pomáhají popsané reakci,“ vysvětlil prof. Helebrant.
Upřesnil, že poté se začaly základní znalosti o reakci bioaktivních skel s tělním prostředím používat také pro jiné materiály, které už nebyly na bázi skel. V dentální (zubní) chirurgii se velmi často užívá titan nebo jeho slitiny, které mají podstatně větší pevnost než jiné skla. Bez úpravy ovšem s kostí nesroste.
Nyní se odborníci na VŠCHT snaží onu vrstvičku, umožňující srůst s kostí připravit novými způsoby již v laboratoři, tedy vlastně usnadnit našemu tělu práci. Pokud by se takový implantát používal, přispíval by mj. ke zrychlení doby vhojení implantátu.
Jednou z moderních sklářských technologií, které se přitom využívají, je metoda sol – gel. Jde v podstatě o transformaci koloidních roztoků silanů (sol) na pevnou fázi (gel). Sol se nanese na vhodný substrát – třeba sklo či titan. Potom, po vysušení a výpalu, na povrchu vznikne vrstva onoho potřebného SiO2 gelu. Je velice tenká – 80 – 500 nanometrů. V původním solu můžeme navíc rozptýlit malé částice fosforečnanů vápenatých, které dále napomáhají vzniku hydroxyapatitové vrstvy. Pokud tam rozptýlíme nanočástice stříbra, můžeme získat i vrstvy antibakteriální.
Může vzniknout i nová kost
Pro jiné implantáty se používá sklo určitým, řízeným způsobem zkrystalizované, tzv. sklokeramika, Ta se, stejně jako některá skla či keramika, osvědčuje třeba jako výplň různých kostních dutin – např. po odstranění cyst. U řady kostí nelze ponechat dutinu, protože by byla příliš křehká.
„Řada těchto materiálů je tzv. resorbovatelná (tedy plně vstřebatelná). Jsou to některá skla, sklokeramika či keramika na bázi fosforečnanů vápenatých. Časem se v organismu zcela rozpustí a tento proces odstartuje růst nové kosti. Hojné využití mají tyto materiály i v čelistní a dentální chirurgii. Když chybí část kostní tkáně, z krve pacienta či z fyziologického roztoku a z částic skelné nebo sklokeramické drtě či částic fosforečnanů se vytvoří pasta, která se dá na poškozené místo a postupně se vše mění v kost,“ popsal prof. Helebrant.
Sklem proti bolesti
Prof. Helebrant připomenul i meziobratlové ploténky – vlastně tlumiče, které při špatné funkci vyvolávají značnou bolest. I je mohou nahradit biomateriály: Na bázi titanu se používají v oblasti bederní páteře, kde je zapotřebí větší nosnost. Výrobky na bázi sklokeramiky se využívají v oblasti páteře krční. Existují také různé sklokeramické destičky, které se osvědčují při poškození lebečních kostí.
Kdysi se užívaly destičky kovové, které však mohly výrazně reagovat třeba na změny počasí, takže nositel trpěl bolestmi. „Takové moderní destičky jsou svými vlastnostmi – jako je tepelná vodivost, roztažnost – podstatně blíže ke kostní tkáni a dají se tam umístit. Na keramickém základě lze připravit například i drobné ušní kůstky,“ řekl 21. STOLETÍ prof. Helebrant.
Implantáty mají budoucnost
Představte si kostru – doslova od hlavy až ke kolenům můžeme najít místa, kde se dají použít skleněné (a také keramické) materiály jako implantáty. Vědecká pracoviště na celém světě se snaží vytvořit materiál, kde by na základě jeho chemického složení a struktury odborníci mohli do určité míry předpovědět jeho vlastnosti, které potřebují pro určitou aplikaci.
Objevují se stále nové poznatky – i díky odborníkům z Ústavu skla a keramiky VŠCHT Praha.
