Тема:
Разработка темплатного электрохимического метода синтеза массива микрочастиц гидроксиапатита на поверхности титана для создания биоактивных покрытий
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
ℹ️Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
Введение 4
1. Литературный обзор 6
1.1. Золь-гель технология получения неорганических покрытий 6
1.1.1. Методы нанесения покрытий золь-гель методом 8
1.2. Электрохимическое осаждение 12
1.2.1. Электрохимическое осаждение серебра 13
1.2.2. Электрохимическое осаждение фосфатов кальция 14
1.3. Темплатный синтез 16
1.3.1. Темплатный электрохимический синтез 18
1.4. Методы модифицирования поверхности титана в целях улучшения
остеоинтеграции 19
1.4.1. Явление остеоинтеграции 19
1.4.2. Биоинертные и биоактивные материалы 21
1.4.3. Бактерицидные покрытия 24
1.4.4. Биомимикрические покрытия 25
2. Экспериментальная часть 27
2.1. Синтетические методы 27
2.1.1. Методика нанесения покрытий TiO2 на поверхности твердой подложки
золь-гель методом по технологии dip-coating 27
2.1.2. Методика электрохимического темплатного синтеза массива
микрочастиц серебра 29
2.1.3. Методика электрохимического темплатного синтеза гидроксиапатита на
композитном покрытии TiO2/Ag 31
2.2. Аналитические методы 32
2.2.1. Рентгенофазовый анализ образцов 32
2.2.2. Исследование образцов методом ИК-спектроскопии 35
2.2.3. Исследование образцов методом оптической микроскопии 38
2.2.4. Исследование поверхности образцов методом сканирующей электронной
микроскопии 40
2.2.5. Исследование образцов методом энергодисперсионной
рентгенофлуоресцентной спектроскопии 423
2.2.6. Цитологическое исследование образцов 44
3. Результаты работы и их обсуждение 46
3.1. Исследование перфорированной пленки TiO2 46
3.1.1. Определение фазового состава оксидного покрытия методом
рентгенофазового анализа 46
3.1.2. Обнаружение органических примесей в пленках оксида титана методом
инфракрасной спектроскопии 47
3.1.3. Исследование зависимости структуры оксидной пленки от температуры
синтетического раствора 47
3.1.4. Анализ структуры оксидного покрытия методом сканирующей
электронной микроскопии 48
3.2. Анализ поверхности композитной пленки TiO2/Ag 50
3.2.1. Исследование структуры покрытия TiO2/Ag методом сканирующей
электронной микроскопии 50
3.2.2. Определение элементного состава композиционного покрытия TiO2/Ag,
полученного теплатным электрохимическим синтезом, методом
энергодисперсионной рентгенофлуоресцентной спектроскопии 51
3.3. Исследование композитного покрытия TiO2/Ag/Ca10(PO4)6(OH)2 52
3.3.1. Определение фазового состава осаждаемых электрохимически фосфатов
кальция методом рентгенофазового анализа 52
3.3.2. Исследование структуры и элементного состава композиционного
покрытия TiO2/Ag/Ca10(PO4)6(OH)2 методом сканирующей электронной
микроскопии и методом энергодисперсионной рентгенофлуоресцентной
спектроскопии 54
3.3.3. Цитологическое исследование клеточной линии остеобластов MC3T3-E1
на поверхности композитного покрытия TiO2/Ag/Ca10(PO4)6(OH)2 58
Заключение 59
Выводы 60
Благодарности 61
Список используемой литературы
📖 Введение
Для создания костных имплантатных изделий наиболее перспективным среди
материалов является титан и его сплавы, так как он характеризуется такими
свойствами, как гиппоаллергенность, высокий уровень биосовместимости и
способности к остеоинтеграции, низкий удельный вес, относительно низкая
стоимость и высокие механические свойства. В литературе отмечается, что покрытие
имплантата слоем диоксида титана повышает его биосовместимость,
остеоинтеграцию и остеокондуктивные свойства, а также является
антибактериальным агентом [1, 2, 3, 4]. Однако на скорость приживления имплантата
влияет не только химический состав, но и морфология поверхности. Наличие
двухуровневой упорядоченности рельефа, состоящей из микро- и нано-неровностей,
повышает биоактивность имплантата, т.к. ускоряет адгезию и способствует началу
процесса дифференцировки остеобластов [3, 5]. Одним из наиболее перспективных
способов нанесения текстурированной пленки диоксида титана является метод зольгель синтеза, позволяющий контролировать рельеф и толщину покрытия.
Тем не менее, при имплантации всегда присутствует риск инфекции, что
приводит к воспалению приимплантатной области и как следствие отторжению
изделия. Соответственно, целесообразно применение бактерицидных агентов для
предотвращения развития колонизации бактерий. Отмечается, что нанесенное на
поверхность имплантата серебро оказывает антибактериальное действие [6, 7, 8].
Кроме этого указывают на положительное действие кальцийфосфатных покрытий,
имитирующих минеральную составляющую костной ткани [9, 10, 11]. Так, благодаря
своей превосходной остеосовместимости и биологической активности
гидроксиапатит, кристаллохимический аналог минеральной части кости, является
одним из наиболее используемых материалов при покрытии имплантатов для
улучшения их биомедицинских свойств. Применение гидроксиапатита способствует
улучшенной фиксации имплантата в костной ткани и его ускоренному приживлению.
Нанесение серебра и гидроксиапатита возможно путем электрохимического
осаждения. Этот метод синтеза позволяет контролировать морфологию покрытия и
фазовый состав кальцийфосфатного слоя.5
Целью данной работы является разработка методики темплатного
электрохимического синтеза перспективного для имплантации композиционного
покрытия с двухуровневой иерархией на поверхности титана на основе диоксида
титана, серебра и гидроксиапатита.
Задачи:
1. Изучить зависимость качества покрытия диоксида титана, полученного
методом dip-coating, на титановой подложке от температуры синтетического
раствора, определить оптимальное значение.
2. Исследовать с помощью рентгенодифракционного анализа зависимость
изменения фазового состава кальцийфосфатного покрытия от условий
электрохимического осаждения.
3. Разработать методику темплатного электрохимического синтеза
композитного покрытия на основе серебра с матрицей диоксида титана.
4. Разработать методику темплатного электрохимического синтеза
композитного покрытия на основе диоксида титана, серебра и
гидроксиапатита с применением в качестве темплата текстурированных
пленок TiO2.
5. Провести цитологическое исследование и оценить адгезионные свойства
полученного покрытия для остеобластов.
✅ Заключение
В результате выполнения данной работы был разработан метод
электрохимического темплатного синтеза гидроксиапатита на композите TiO2/Ag,
полученного последовательным применением метода dip-coating и
электрохимического осаждения. В связи с наличием двухуровневой упорядоченности
рельефа, состоящей из микро- и нано-шероховатостей, а также химическим составом
полученный композит перспективен для костной имплантации.
Результаты научной работы были опубликованы в статье и представлены на
научных конференциях:
1. A.Yu. Arbenin, E.G. Zemtsova, S.S. Ermakov, A.M. Gaskov, P.I. Baburova, D.N.
Sokolova, S.V. Yaroshenko and V.M. Smirnov. Three-component working electrode
micron-sized Ag particles/TiO2 layer/Ti: template electrochemical synthesis and
potential use as electrochemical sensor for glutathione detection //Materials Research
Express, 2020, 7, 035401.
2. Smirnov V.M., Arbenin A.U., Sokolova D.N. Research of the phase composition of
calcium phosphate, obtained by electrochemical method, depending on the conditions
of deposition //XI International Conference on Chemistry for Young Scientists
«Mendeleev 2019», p. 132.
3. Смирнов В.М., Арбенин А.Ю., Земцова Е.Г., Соколова Д.Н. Исследование
структуры и фазового состава покрытий на основе оксида титана и фосфатов
кальция, перспективных для костной имплантации // XXVI Всероссийская
Конференция Молодых Учѐных с Международным Участием «Актуальные
Проблемы Биомедицины - 2020», p. 476-477