Помощь студентам в учебе
НАПРАВЛЕННОЕ СТРУКТУРИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОГО ТИТАНА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ СВОЙСТВ
|
Введение
Глава 1 Биоматериалы в медицине 15
1.1 Классификация биоматериалов и критерии их выбора 15
1.2 Медицинское применение фосфатов кальция 16
1.3 Применение гидроксиапатита в имплантации 17
Глава 2 Методы получения и исследования биоматериалов 20
2.1 Метод лазерных интерферирующих лучей 20
2.2 Метод ВЧ магнетронного напыления 20
2.3 Метод АСМ измерений 22
2.4 Дифрактометр Shimadzu XRD-6000 23
2.5 Тензиометр OCA15 Plus Data Physics Instruments GmbH 24
Г лава 3 Экспериментальные результаты и их обсуждение 26
3.1 Шероховатость и морфология поверхности 26
3.2 Структура и фазовый состав поверхности 34
3.3 Смачиваемость и свободная поверхностная энергия 35
Г лава 4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 40
4.1 Предпроектный анализ 40
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 40
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 40
4.2 SWOT-анализ 42
4.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации 44
4.4 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования 46
4.5 Планирование управления научно-техническим проектом 46
4.5.1 Иерархическая структура работ проекта 46
4.5.2 Контрольные события проекта 47
4.5.3 План проекта 47
4.6 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 52
4.6.1 Расчет материальных затрат 51
4.6.2 Расчёт амортизации оборудования для экспериментальных работ 51
4.6.3 Затраты на оплату труда исполнителей НТИ 53
4.6.4 Отчисления во внебюджетные фонды 54
4.6.5 Накладные расходы 55
4.7 Формирование бюджета затрат научно-технического исследования (НТИ)
55
4.8 Организационная структура проекта 56
4.9 Матрица ответственности 57
4.10 Определение ресурсной эффективности исследования 60
Глава 5. Социальная ответственность 63
5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 63
5.2 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней опасного и
вредного воздействия и устранению их влияния при работе на ПЭВМ 65
5.2.1 Организационные мероприятия 65
5.2.2 Технические мероприятия 65
5.2.3 Условия безопасной работы 67
5.3 Электробезопасность 70
Заключение 72
Список использованных источников 75
Приложение А 80
Глава 1 Биоматериалы в медицине 15
1.1 Классификация биоматериалов и критерии их выбора 15
1.2 Медицинское применение фосфатов кальция 16
1.3 Применение гидроксиапатита в имплантации 17
Глава 2 Методы получения и исследования биоматериалов 20
2.1 Метод лазерных интерферирующих лучей 20
2.2 Метод ВЧ магнетронного напыления 20
2.3 Метод АСМ измерений 22
2.4 Дифрактометр Shimadzu XRD-6000 23
2.5 Тензиометр OCA15 Plus Data Physics Instruments GmbH 24
Г лава 3 Экспериментальные результаты и их обсуждение 26
3.1 Шероховатость и морфология поверхности 26
3.2 Структура и фазовый состав поверхности 34
3.3 Смачиваемость и свободная поверхностная энергия 35
Г лава 4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 40
4.1 Предпроектный анализ 40
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 40
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 40
4.2 SWOT-анализ 42
4.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации 44
4.4 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования 46
4.5 Планирование управления научно-техническим проектом 46
4.5.1 Иерархическая структура работ проекта 46
4.5.2 Контрольные события проекта 47
4.5.3 План проекта 47
4.6 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 52
4.6.1 Расчет материальных затрат 51
4.6.2 Расчёт амортизации оборудования для экспериментальных работ 51
4.6.3 Затраты на оплату труда исполнителей НТИ 53
4.6.4 Отчисления во внебюджетные фонды 54
4.6.5 Накладные расходы 55
4.7 Формирование бюджета затрат научно-технического исследования (НТИ)
55
4.8 Организационная структура проекта 56
4.9 Матрица ответственности 57
4.10 Определение ресурсной эффективности исследования 60
Глава 5. Социальная ответственность 63
5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 63
5.2 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней опасного и
вредного воздействия и устранению их влияния при работе на ПЭВМ 65
5.2.1 Организационные мероприятия 65
5.2.2 Технические мероприятия 65
5.2.3 Условия безопасной работы 67
5.3 Электробезопасность 70
Заключение 72
Список использованных источников 75
Приложение А 80
Достижения современной медицины в области создания искусственных органов, искусственных костей, протезов бедер, зубных протезов основаны в последнее время на биоматериалах, которые удовлетворяют требованиям как по химическому составу, так и по механическим характеристикам [1, 2, 3].
В имплантологии для исправления дефектов костной основы или замены ее поврежденных участков широко применяют имплантаты. Имплантаты неизбежно подвергаются коррозии и разрушению при контакте с окружающей тканью. Поэтому актуальной является проблема отторжения медицинских имплантатов.
Биоматериалы, с точки зрения материала, разделяют на четыре класса: металлы, керамики, полимеры и их композиты. По шкале биологической переносимости у имплантатов можно наблюдать увеличение биологической активности. Например, чистый металл титан хорошо переносится организмом, однако механического соединения с окружающей тканью (костью) не происходит. Решением этой проблемы является шероховатая поверхность металла для достижения механического сцепления [1].
Поэтому актуальной также является задача получения структур с параметрами поверхности (высота, ширина, глубина неровностей), которые способствуют адгезии, пролиферации и дифференцировки клеток.
При использовании медицинских изделий часто не достигается требуемое взаимодействие искусственных поверхностей с костной тканью. Использование имплантата с биосовместимым покрытием позволяет объединить высокие механические свойства материала и биологические качества покрытия, которые придают поверхности имплантата свойства, максимально приближенные к свойствам костной ткани, что улучшает способность имплантата взаимодействовать с организмом [4].
Цель данной работы заключается в анализе влияние способа модифицирования поверхности титана на параметры шероховатости и смачиваемости до и после напыления кальций-фосфатного покрытия (гидроксиапатита).
Задачи, которые были поставлены для достижения данной цели:
• Изучить необходимую литературу по данной теме работы.
• Обработать данные по параметрам шероховатости и смачиваемости поверхности титана до и после напыления кальций-фосфатного покрытия.
• Провести анализ влияния способа модифицирования поверхности титана на параметры шероховатости и смачиваемости.
• Провести анализ влияния кальций-фосфатного покрытия на параметры смачиваемости.
• Опираясь на литературные данные, изучить влияние шероховатости и смачиваемости в экспериментах in vivo и in vitro
• Провести анализ экспериментальных результатов с литературными
данными.
В имплантологии для исправления дефектов костной основы или замены ее поврежденных участков широко применяют имплантаты. Имплантаты неизбежно подвергаются коррозии и разрушению при контакте с окружающей тканью. Поэтому актуальной является проблема отторжения медицинских имплантатов.
Биоматериалы, с точки зрения материала, разделяют на четыре класса: металлы, керамики, полимеры и их композиты. По шкале биологической переносимости у имплантатов можно наблюдать увеличение биологической активности. Например, чистый металл титан хорошо переносится организмом, однако механического соединения с окружающей тканью (костью) не происходит. Решением этой проблемы является шероховатая поверхность металла для достижения механического сцепления [1].
Поэтому актуальной также является задача получения структур с параметрами поверхности (высота, ширина, глубина неровностей), которые способствуют адгезии, пролиферации и дифференцировки клеток.
При использовании медицинских изделий часто не достигается требуемое взаимодействие искусственных поверхностей с костной тканью. Использование имплантата с биосовместимым покрытием позволяет объединить высокие механические свойства материала и биологические качества покрытия, которые придают поверхности имплантата свойства, максимально приближенные к свойствам костной ткани, что улучшает способность имплантата взаимодействовать с организмом [4].
Цель данной работы заключается в анализе влияние способа модифицирования поверхности титана на параметры шероховатости и смачиваемости до и после напыления кальций-фосфатного покрытия (гидроксиапатита).
Задачи, которые были поставлены для достижения данной цели:
• Изучить необходимую литературу по данной теме работы.
• Обработать данные по параметрам шероховатости и смачиваемости поверхности титана до и после напыления кальций-фосфатного покрытия.
• Провести анализ влияния способа модифицирования поверхности титана на параметры шероховатости и смачиваемости.
• Провести анализ влияния кальций-фосфатного покрытия на параметры смачиваемости.
• Опираясь на литературные данные, изучить влияние шероховатости и смачиваемости в экспериментах in vivo и in vitro
• Провести анализ экспериментальных результатов с литературными
данными.
В данной работе были проведены исследования микроструктурированной поверхности титана, полученной с помощью метода лазерных интерферирующих лучей. Для создания мультимодальных структур на микромасштабные поверхности титана, было нанесено покрытие (гидроксиапатит) методом ВЧ-магнетронного напыления для формирования дополнительной морфологии наноразмерных зерен. Трехмерные параметры шероховатости Sa, Sq и Z Range имели тенденцию к снижению своих значений после нанесения ГА покрытия. Была описана зерно-подобная морфология поверхности со средним размером зерен в диапазоне от 0,36 мкм до 0,73 мкм в области сканирования 5*5 мкм2.
Поверхность титана без покрытия с параллельными бороздами и периодичностью 4,5 мкм имеет контактный угол по воде 99±2°, тем самым показывая гидрофобный характер поверхности. Среднее значение контактного угла по воде для подложек титана после напыления гидроксиапатита составило 75±4°, тем самым показывая гидрофильный характер поверхности.
В этом исследовании была получена поверхность с умеренной гидрофильностью после напыления гидроксиапатита, так как контактный угол по воде был близок к 70°. Поверхность с умеренной гидрофильностью приводит к улучшению адгезии, пролиферации и дифференцировки клеток. Значительное увеличение полярной составляющей и общей поверхностной энергии а (37,73 мДж/м2) было показано на поверхности титана с ГА покрытием, по сравнению с поверхностью титана без покрытия (а=28,04 мДж/м2).
Таким образом, значимость полученных результатов состоит в том, что могут быть получены различные топографические особенности и различные химические композиции на поверхности титана, что может существенно повлиять на адгезию клеток, пролиферацию и дифференцировку, или активацию различных клеточных путей распространения ближайших клеток.
Хочу выразить огромную благодарность научному руководителю Сурменеву Роману Анатольевичу, старшему научному сотруднику центра технологий кафедры ЭФ ФТИ Сурменевой Марии Александровне и всему коллективу Центра Технологий ЭФ ФТИ, за оказанную помощь и приобретенных мною знаний и опыта.
Поверхность титана без покрытия с параллельными бороздами и периодичностью 4,5 мкм имеет контактный угол по воде 99±2°, тем самым показывая гидрофобный характер поверхности. Среднее значение контактного угла по воде для подложек титана после напыления гидроксиапатита составило 75±4°, тем самым показывая гидрофильный характер поверхности.
В этом исследовании была получена поверхность с умеренной гидрофильностью после напыления гидроксиапатита, так как контактный угол по воде был близок к 70°. Поверхность с умеренной гидрофильностью приводит к улучшению адгезии, пролиферации и дифференцировки клеток. Значительное увеличение полярной составляющей и общей поверхностной энергии а (37,73 мДж/м2) было показано на поверхности титана с ГА покрытием, по сравнению с поверхностью титана без покрытия (а=28,04 мДж/м2).
Таким образом, значимость полученных результатов состоит в том, что могут быть получены различные топографические особенности и различные химические композиции на поверхности титана, что может существенно повлиять на адгезию клеток, пролиферацию и дифференцировку, или активацию различных клеточных путей распространения ближайших клеток.
Хочу выразить огромную благодарность научному руководителю Сурменеву Роману Анатольевичу, старшему научному сотруднику центра технологий кафедры ЭФ ФТИ Сурменевой Марии Александровне и всему коллективу Центра Технологий ЭФ ФТИ, за оказанную помощь и приобретенных мною знаний и опыта.