Получение детонационных биосовместимых покрытий на титановые импланты из порошковых механокомпозитов состава: гидроксиапатит кальция – никелид титана
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….5
ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИ-
МЕНЕНИЯ БИОСОВМЕСТИМЫХ ПОКРЫТИЙ……………….………14
1.1 Получение биосовместимого материала. Область применения…….14
1.2 Методы получения кальций-фосфатных покрытий………………….16
1.3 Нанесение покрытий детонационно-газовым способом…………….27
1.4 Требования, предъявляемые к покрытиям
медицинского назначения……………………………………………………….32
ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
СЛОИСТОГО КОМПОЗИТА И НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ, МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ……………………………………………………….…….38
2.1. Исходный материал………………………………………….…….….38
2.2 Материал подложки……………………………………………………39
2.3 Подготовка подложки для напыления………………………..………39
2.4 Оборудование и методика проведения механоактивации
порошковых смесей…………………………….………………………………40
2.5 Экспериментальный комплекс детонационно-газового напыления
покрытий…………………………………………………………………………42
2.6 Экспериментальный стенд контроля скоростей потока частиц
механкомпозита при детонационно-газовом напылении……..………………48
2.7 Автоматизированный экспериментальный комплекс
обработки изображений……………………………………..…………….……50
2.8 Методы исследований………………………………………………….51
2.8.1 Световая микроскопия……………………………………………….51
2.8.2 Растровая электронная микроскопия……………………………….52
2.8.3.Спектральный анализ………………………………………………..52
2.8.4 Рентгеновский анализ……………………………………………….53
2.8.5 Топография поверхности образцов…………………………………54
2.8.6 Исследование адгезии методом отрыва…………………………….55
2.8.7 Определение биосовместимых свойств покрытия in-vivo…………56
ГЛАВА 3 ФОРМИРОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ
СОСТАВА ГИДРОКСИАПАТИТ КАЛЬЦИЯ-НИКЕЛИД ТИТАНА НА
ТИТАНОВУЮ ОСНОВУ МЕТОДОМ ДЕТОНАЦИОННО-ГАЗОВОГО
НАПЫЛЕНИЯ………………………………………………………………….57
3.1 Получение слоистого механокомпозита состава гидроксиапатит
кальция – никелид титана………………………………………………………57
3.2 Методика нанесения кальций-фосфатного покрытия
детонационно-газовым способом………………………………………………68
3.2.1 Определение оптимального соотношения газов
в детонационно-газовой установке…………………………………………….68
3.2.2 Определение оптимального расстояния от среза ствола
до подложки………………………………………………………………..……69
3.2.3 Зависимость толщины напыляемого слоя
от количества циклов…………………………………………………………..70
3.2.4 Экспериментальное определение скорости напыления
детонационно-газового потока частиц механокомпозита……………………71
3.2.5 Зависимость скорости частиц от исходного размера
частиц и соотношения реагирующих газов ………………………….………..75
Выводы к разделу 3…………………………………………….………….77
ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ, МИКРОСТРУКТУ-
РЫ, ФАЗОВОГО СОСТАВА И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОКРЫ-
ТИЙ НА ТИТАНОВЫХ ПОДЛОЖКАХ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ
ДЕТОНАЦИОННО-ГАЗОВОГО НАПЫЛЕНИЯ…………….……………79
4.1 Исследование морфологии и шероховатости покрытия….………….79
4.2 Определение пористости детонационного покрытия ……………….86
4.3 Исследование фазового состава покрытия…………………….……..89
4.4 Исследование элементного состава покрытия………………..………93
4.5 Адгезионная прочность покрытия ……………………………………97
4.6 In-vivо исследования покрытия……………………………………….99
Выводы к разделу 4……………………………………………………….100
ВЫВОДЫ …………………………………………………………………101
ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………103
ПРИЛОЖЕНИЕ………………………………………………………….121
Актуальность темы исследования
В современной медицинской практике для замены поврежденных или
дефектных участков ткани широко используются имплантаты из титана или
титановых сплавов. Но, применение имплантатов со значительным различием
физико-химических и механических свойств костной ткани и сплава, вызы-
вает активное отторжение у организма человека и, как следствие, дальнейшее
осложнение в лечении. Чтобы уменьшить отрицательное влияние таких фак-
торов необходимо создать между имплантом и костью переходную зону, ко-
торая может иметь прочную связь с материалом имплантата, а так же прием-
лемую для организма макро и микроструктуру. Такая зона должна быть полу-
чена в виде покрытия, имеющего развитую морфологию и определенную пори-
стость для более эффективной приживляемости имплантатов (Параскевич
В.Л., 2002; Робустова Т.Г., 2003).
Предполагается, что состав биосовместимого покрытия нового поколе-
ния должен максимально совпадать с составом натуральной кости человека и
быть способным имитировать костную ткань на своей поверхности. Эту про-
блему можно решить нанесением биосовместимых кальций-фосфатных по-
крытий. В настоящее время в качестве материала для такого рода покрытий
применяют, главным образом, гидроксиапатит кальция (ГА). В результате
приближения фазово-структурного состояния и свойств получаемых покры-
тий на имплантах к параметрам костной ткани можно добиться улучшенной
совместимости между ними. При формировании биосовместимых покрытий
особое внимание уделяется созданию определенного рельефа (шероховато-
сти) на поверхности имплантата. В настоящее время идет поиск новых тех-
нологических решений создания биосовместимой шероховатой поверхности
на имплантатах, обеспечивающей надежную интеграцию имплантата в кост-
ной ткани, так как существующие технологии в полной мере не удовлетво-
ряют современным медицинским требованиям.
Эта проблема решается применением различных методов формирования
покрытий, таких как плазменное напыление, метод микродугового оксидиро-
вания, электрофорез, золь-гель или шликерный метод, биомиметический ме-
тод, метод распылительной сушки, магнетронное распыление, ВЧ-
магнетронное распыление, а также детонационно-газовый метод. Несмотря
на многочисленные исследования в этой области, на сегодня нет четкого
представления о том, какими параметрами должна обладать идеальная по-
верхность имплантата. При разработке новых покрытий необходима их пол-
ная аттестация (исследования морфологии, шероховатости, фазового состава
и т.д.).
Решением проблемы получения имплантатов нового поколения поколе,
работающих под нагрузкой, является нанесение на их поверхность покрытий
с многофункциональными свойствами. Несмотря на многочисленные иссле-
дования в этой области, на сегодня нет четкого представления о том, какими
параметрами должна обладать идеальная поверхность имплантата. При раз-
работке новых покрытий необходима их полная аттестация (исследования
морфологии, шероховатости, фазового состава и т.д.).
Первые работы с применением метода детонационно-газового напыле-
ния (ДГН) порошка гидроксиапатита кальция показали, что он имеет хоро-
шие перспективы использования в области биосовместимых покрытий, но
требуется проведение целого комплекса исследований напыления материа-
лов. Задача создания прочных биосовместимых покрытий может быть реше-
на введением в состав порошковой смеси из гидроксиапатита кальция сверх-
эластичного материала, обладающего высокой биохимической и биомехани-
ческой совместимостью. В данной работе, в качестве такого материала, ис-
пользуется никелид титана. Высокая пористость имплантов никелида титана
(80-90%) способствует хорошему врастанию твердых и мягких тканей орга-
низма. В то же время, введение в композит никелида титана позволяет полу-
чить класс материалов, обладающих высокими механическими характери-
стиками.
В связи с вышеизложенным, данная работа по разработке композитов на
основе гидроксиапатита кальция и исследованию свойств кальций-
фосфатного компазиционного детонационного покрытия является актуаль-
ной.
Исследования по теме диссертационной работы выполнялись:
-в рамках проекта РФФИ № 08-08-99135р,
-в рамках гранта РФФИ по направлению «Мобильность молодых уче-
ных», раздел «Технические науки», открытый конкурс Лот № 1, 2010-1.4-
204-001 тема «Исследование тонкой структуры, рентгенофазовый и спек-
тральный анализ детонационных биосовместимых покрытий из гидроксиапа-
тита кальция»,
-при поддержке г/к № 14.740.12.0853 от 22 апреля 2011 г., контракт за-
ключен в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры
инновационной России» на 2009-2013 годы тема лота: «Проведение поиско-
вых научно-исследовательских работ в целях развития общероссийской мо-
бильности в области физики и астрономии».
Цель работы – получение биосовместимых детонационных покрытий
на титановые медицинские импланты из кальций-фосфатных интерметал-
лидных механокомпозитов и исследование свойств полученных покрытий.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Установить закономерности влияния времени механоактивации и со-
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (1241 отзыв)
4.9 (298 отзывов)
4.7 (96 отзывов)
4.6 (92 отзыва)
4.1 (20 отзывов)
4.9 (20 отзывов)
4.2 (25 отзывов)
4.9 (826 отзывов)
4.8 (1033 отзыва)
