Модифицирование поверхности биостабильных полимеров медицинского назначения в плазме магнетронного разряда
Полиэфирэфиркетон – перспективный полимер для ортопедических имплантатов. Целью работы является формирование кальций-фосфатных покрытий путем высокочастотного магнетронного распыления мишени из гидроксиапатита и изучение их физических свойств для повышения биоактивности полимера. В работе определены критические режимы формирования кальций-фосфатных покрытий на образцах ПЭЭК методом высокочастотного магнетронного распыления гидроксиапатитовой мишени, а также пути оптимизации.
Введение ………………………………………………………………………………………………….. 13
1 Литературный обзор ……………………………………………………………………………… 15
1.1 Структура кости ………………………………………………………………………………. 15
1.2 Ортопедические имплантаты ……………………………………………………………. 17
1.3 Полиэфирэфиркетон ………………………………………………………………………… 20
1.4 Фосфаты кальция …………………………………………………………………………….. 21
1.5 Магнетронное распыление ……………………………………………………………….. 22
2. Материалы и методы …………………………………………………………………………… 26
3. Экспериментальная часть ……………………………………………………………………… 28
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение .. 35
4.1 Организация и планирование работ ………………………………………………….. 35
4.2 Продолжительность этапов работ …………………………………………………….. 36
4.3 Расчет накопления готовности проекта …………………………………………….. 39
4.4 SWOT-анализ…………………………………………………………………………………… 40
4.5 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………………………………………… 42
4.6 Расчет сметы на выполнение проекта ……………………………………………….. 44
4.7 Затраты на выполнение НТИ ……………………………………………………………. 44
4.7.1 Расчет затрат на материалы ………………………………………………………… 45
4.7.2 Расчет заработной платы…………………………………………………………….. 45
4.7.3 Расчет дополнительной заработной платы ………………………………….. 46
4.7.4 Расчет затрат на социальный налог …………………………………………….. 47
4.7.5 Контрагентные расходы ……………………………………………………………… 47
4.7.6 Накладные расходы ……………………………………………………………………. 48
4.7.7 Расчет амортизационных расходов ……………………………………………… 48
4.7.8 Расчет общей себестоимости разработки …………………………………….. 50
4.8 Реестр рисков проекта ……………………………………………………………………… 50
4.9 Оценка сравнительной эффективности исследования ……………………….. 52
5. Социальная ответственность ………………………………………………………………… 56
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …… 57
5.2 Производственная безопасность ………………………………………………………. 58
5.2.1 Анализ вредных и опасных факторов ………………………………………….. 59
5.3 Экологическая безопасность…………………………………………………………….. 68
5.3.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду ……. 68
5.3.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду ….. 68
5.3.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ………….. 69
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………. 70
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований ……………………………………………………………………………………… 70
5.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в лаборатории
при проведении исследований…………………………………………………………….. 70
5.4.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС …………………………………….. 71
Заключение ……………………………………………………………………………………………… 73
Список публикаций ………………………………………………………………………………….. 74
Список литературы ………………………………………………………………………………….. 75
Приложение I …………………………………………………………………………………………… 80
Приложение II………………………………………………………………………………………….. 90
В ортопедии для регенерации костных тканей используются
металлические имплантаты с биоактивными покрытиями. Однако из-за
высокого, по сравнению с костью, модуля упругости металлов в месте
имплантации возможно возникновение локального некроза костной ткани и
остеопороза и не успех имплантации [1]. Для решения этих проблем ведется
поиск новых материалов и методов создания имплантатов, способствующих
сокращению сроков и повышению эффективности восстановления
поврежденных костных тканей. Одним из таких материалов является
полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) [2]. Благодаря своим механическим и
химическим свойствам, биосовместимости, рентгенопрозрачности, ПЭЭК
перспективен в качестве материала для ортопедических имплантатов [3].
Одно из главных достоинств ПЭЭК является относительно низкий
модуль упругости по отношению к металлам, а также возможность
изготовления из него изделий с помощью относительно простой и дешевой
технологии 3D-печати – метод послойного наплавления (англ. fused
deposition modeling, FDM) [4].
Однако ПЭЭК из-за низкой способности интегрироваться с живыми
тканями считается биоинертным [5]. Для повышения биоактивности и
остеоиндуктивных свойств на поверхность ПЭЭК можно по аналогии с
металлами наносить кальций-фосфатные покрытия [6].
Для осаждения биопокрытий используются различные технологии.
Электрохимические и высокотемпературные плазменные технологии,
применяемые для формирования биоактивных покрытий, не подходят для
полимерных материалов. Для модифицирования поверхности полимерных
имплантатов могут использоваться вакуумные ионно-плазменные методы, в
частности, для формирования кальций-фосфатных (КФ) покрытий –
высокочастотное (ВЧ) магнетронное распыление КФ мишеней [6].
Цель работы: формирование кальций-фосфатных (КФ) покрытий путем
высокочастотного магнетронного распыления (ВЧМР) мишени из
гидроксиапатита (ГАП) и изучение их физических свойств.
Задачи:
1. Определение верхнего порога мощности ВЧМР, при котором не
происходит деформации и изменение цвета образцов ПЭЭК.
2. Поиск оптимальной мощности ВЧМР, при которой удается
сформировать сплошные КФ покрытия на поверхности ПЭЭК.
3. Сформировать КФ покрытия при оптимальной мощности ВЧМР.
4. Исследование физических свойств полученных КФ покрытий.
Положение, выносимое на защиту: осаждение кальций-фосфатных
покрытий на полиэфирэфиркетон методом ВЧМР при давлении 0,5 Па,
удельной мощности 2,1 Вт/см2 и мощности 400 Вт приводит к увеличению
смачиваемости поверхности на 100%; при этом добавление промежуточного
титанового подслоя улучшает адгезию, которая несколько снижает
смачиваемость.
1.1 Структура кости
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.3 (248 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
4.9 (37 отзывов)
4.8 (1033 отзыва)
5 (18 отзывов)
4.2 (25 отзывов)
4.9 (826 отзывов)
5 (18 отзывов)
5 (8 отзывов)
