Ультратонкие NO-содержащие кальций-фосфатные покрытия для титановых имплантатов
В процессе исследования осаждались кальций-фосфатные покрытия, модифицированные NO и определялось оптимальное соотношение рабочий газ / реактивный газ при заданных параметрах для обеспечения максимальной жизнеспособности клеток.
Введение ………………………………………………………………………………………………….. 17
1 Литературный обзор …………………………………………………………………………… 20
1.1. Кальций фосфаты …………………………………………………………………………. 20
1.2. Сплавы титана в медицине ……………………………………………………………. 22
1.3. Роль оксидов азота в организме человека ………………………………………. 25
1.4. Магнетронная распылительная система ………………………………………… 28
1.4.1. Принцип магнетронного распыления ………………………………………. 28
1.4.2. Высокочастотное магнетронное распыление ……………………………. 31
2 Материалы и методы ………………………………………………………………………….. 33
2.1. Получение покрытий …………………………………………………………………….. 33
2.2. Методы исследования …………………………………………………………………… 34
3 Анализ результатов …………………………………………………………………………….. 36
3.1. Оптическая эмиссионная спектроскопия ……………………………………….. 36
3.2. Атомно-силовая микроскопия……………………………………………………….. 37
3.3. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS)…………………… 39
3.4. Биологические исследования ………………………………………………………… 43
3.4.1. Количество живых клеток и общее число клеток……………………… 43
3.4.2. Определение в культуре ММСК экспрессии мРНК генов,
ассоциированных с дифференцировкой в остеогенном направлении …… 45
Выводы ……………………………………………………………………………………………………. 48
Заключение ……………………………………………………………………………………………… 49
Благодарности………………………………………………………………………………………….. 50
4 Социальная ответственность ………………………………………………………………. 51
Введение……………………………………………………………………………………………….. 51
4.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности … 52
4.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства …….. 52
4.1.2 Эргономические требования к рабочей зоне …………………………….. 52
4.2 Производственная безопасность ……………………………………………………. 53
4.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, создаваемых объектом
исследования ……………………………………………………………………………………… 55
4.2.2 Анализ вредных и опасных факторов, возникающих в
лаборатории при проведении исследований ………………………………………… 55
4.2.3 Вредные факторы ……………………………………………………………………. 55
4.2.4 Опасные факторы ……………………………………………………………………. 60
4.2.5 Требования безопасности при хранении и применении газовых
баллонов …………………………………………………………………………………………….. 63
4.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………. 65
4.3.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду … 65
4.3.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду . 65
4.3.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды……….. 65
4.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………. 66
4.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований ……………………………………………………………………………………… 66
4.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в лаборатории
при проведении исследований…………………………………………………………….. 66
4.4.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС …………………………………….. 67
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 69
5.1 Организация и планирование работ ………………………………………………. 70
5.2 Продолжительность этапов работ………………………………………………….. 71
5.3 Расчет накопления готовности проекта …………………………………………. 76
5.4 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………….. 77
5.5 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………………………………………… 78
5.6 Расчет сметы на выполнение проекта ……………………………………………. 80
5.7 Затраты на выполнение НТИ…………………………………………………………. 81
5.7.1 Расчет затрат на материалы……………………………………………………… 81
5.7.2 Расчет заработной платы …………………………………………………………. 82
5.7.3 Расчет дополнительной заработной платы ……………………………….. 83
5.7.1 Отчисления во внебюджетные фонды ……………………………………… 84
5.7.2 Расчет затрат на социальный налог ………………………………………….. 84
5.7.3 Контрагентные расходы ………………………………………………………….. 84
5.7.4 Накладные расходы…………………………………………………………………. 85
5.7.5 Расчет амортизационных расходов ………………………………………….. 85
5.7.6 Расчет общей себестоимости разработки …………………………………. 87
5.8 Реестр рисков проекта …………………………………………………………………… 87
5.9 Оценка сравнительной эффективности исследования ……………………. 88
Заключение …………………………………………………………………………………………… 92
Список источников ………………………………………………………………………………….. 93
Развитие общества и техники привело к увеличению средней
продолжительности жизни человека, населения Земли, количества
автотранспорта на дорогах. Рост числа возрастных заболеваний и отсутствие
прогресса в борьбе с бытовым травматизмом обуславливают актуальность
имплантологии и медицинского материаловедения. По данным Всемирной
организации здравоохранения, в мире насчитывается от 110 до 190 млн.
человек с ограниченными возможностями [1].
Несмотря на очевидность необходимости развития реконструктивной
хирургии и ортопедии, за последнее столетие не наблюдается повышения
качества и скорости сращивания переломов. Отсутствие прогресса в данной
области обусловлено дефицитом современных материалов медицинского
назначения. К примеру, наблюдается серьезный дефицит материалов,
предназначенных для восстановления крупных дефектов и патологий
структуры костной ткани, в травмотологии и краниофациальной хирургии.
Традиционно в качестве конструкционной основы для изготовления
имплантатов, предназначенных для восстановления костной ткани,
используются металлы и их сплавы. Выбор данного класса материалов как
основы для изготовления имплантатов обусловлен их оптимальными
механическими свойствами, такими как прочность, сопротивление усталости,
модуль упругости и тд. Существенным недостатком металлов является их
недостаточная биосовместимость. Кроме того, нахождение металлического
имплантата в организме может вызвать заболевание металлоз, которое
проявляется в интоксикации тканей в области нахождения имплантата.
Использование титана в качестве материала имплантата позволяет
свести к минимуму риски, связанные с отторжением. Также его прочностные
характеристики близки к костным, что позволяет имлантату вести себя как
часть костной структуры, повреждаясь и деформируясь также, как и
прилегающие кости.
Для повышения биосовместимости металлических имплантатов
применяют различные защитные покрытия. Наиболее распространенными
покрытиями, используемыми для этих целей, являются кальций-фосфаты
(КФ). Распространенность КФ обусловлена близостью их химического
состава к составу минеральной части человеческой кости. Одним из наиболее
распространенных КФ материалов является гидроксиапатит (ГАП,
Ca10(PO4)(OH)2). Он сочетает в себе высокую биоактивность со
стабильностью в телесной жидкости человека, что позволяет улучшить
остеоинтеграцию имплантатов без риска полного растворения покрытия и
оголения металлической поверхности.
Нанесение КФ покрытий осуществляется различными методами:
плазменное напыление, электрохимическое, микродуговое оксидирование,
высокочастотное магнетронное распыление и т.д. Поскольку одно из
основных требований к покрытиям является их хорошая адгезия к титановым
имплантатам, в нашей работе был выбран метод высокочастотного
магнетронного распыления (ВЧМР). К достоинствам этого метода можно
отнести возможность контроля химического состава покрытия, высокая
адгезионная способность полученных покрытий, а также простоты
эксплуатации.
Несмотря на тот факт, что КФ покрытия, полученные методом ВЧМР,
активно исследуются уже несколько десятилетий, данная тема сохраняет
актуальность и в настоящее время. Публикуется множество работ по
формированию композитных КФ покрытий, осаждаемых методом ВЧМР [2–
4]. Также активно исследуются покрытия, содержащие в своем составе
разного рода ионные замещения и примеси [5–7].
Известно, что оксид азота (NO) играет важную биологическую роль в
организме человека. Все разновидности его биологических эффектов можно
представить как регулирующее воздействие на тонус сосудов, адгезию
клеток, проницаемость сосудов и так далее [8]. Следует отметить, что NO
выполняет важную функцию по регулированию кровотока, расширяя или
сужая просвет кровеносных сосудов в соответствии с необходимостью.
В научной литературе не было обнаружено публикаций, описывающих
формирование NO-содержащих КФ покрытий методом реактивного ВЧМР.
Мы полагаем, что распыление КФ материалов в азот-содержащей среде
позволит сформировать покрытие, содержащее в своей структуре NO.
Присутствие NO в КФ покрытии может благотворно отразиться на
ангеогенезе, повысить локальный метаболизм и улучшить биоактивность
изделия в целом.
В данной работе проводилось распыление твердотельной ГАП мишени
методом реактивного ВЧМР в атмосфере смеси аргона и азота при различных
объемных концентрациях.
Целью работы является формирование NO-содержащих КФ покрытий
методом реактивного ВЧМР, исследование их морфологии, физико-
химических и биологических свойств.
1) Определен коммерческий потенциал, а также сильные и слабые
стороны проекта. SWOT анализ представлен в таблице 3.4, основной угрозой
проекта является бюджет проекта и качество исходных материалов.
2) Составлен план-график работ, представлен в таблице 5.2.2.
Продолжительность проектирования составляет 5 месяцев. Количество
рабочих дней составляет 140.
3) Выполнен расчет затрат на выполнение НТИ. Полученные данные
представлены в таблице 5.7.6, и бюджет работ составил 422612 руб.
Последние выполненные заказы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (1241 отзыв)
4.9 (20 отзывов)
4.9 (343 отзыва)
5 (158 отзывов)
5 (285 отзывов)
5 (174 отзыва)
4.6 (92 отзыва)
4.9 (5 отзывов)
5 (49 отзывов)
