ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1 Характеристика и области применения атомно-силовой микроскопии 6
1.2 Принцип действия и основные режимы работы атомно-силового
микроскопа в воздушной среде 8
1.3 Обзор биологических и синтетических материалов для хирургии 16
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 21
2.1 Материалы исследования 21
2.2 Методы исследования 22
2.2.1 Методы исследования поверхностных свойств материалов 22
2.2.2 Методы исследования физико-механических свойств материалов 22
2.2.3 Метод атомно-силовой микроскопии 23
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 28
3.1 Результаты исследования поверхностных свойств материалов 28
3.2 Результаты исследования физико-механических свойств материалов .... 30
3.3 Результаты атомно-силовой микроскопии 32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 45
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 47
Актуальность работы. Атомно-силовая микроскопия (АСМ) - один из мощных современных методов исследования морфологии поверхности и локальных свойств поверхности с высоким пространственным разрешением. За последние годы своего существования метод АСМ получил множество различных воплощений: микроскопы превратились в сложные
многофункциональные аналитические инструменты как для исследования топографии, пространственного распределения приповерхностных силовых полей (магнитных, электрических), температуры, емкостных и адгезионных свойств поверхности, так и для модификации поверхности материалов. Метод открыл широкие возможности для комплексного изучения морфологии и различных характеристик поверхности материалов, в том числе для хирургии, и стал источником новой информации при решении традиционных задач кристаллографии и физики кристаллов [39].
С развитием тканевой инженерии одним из перспективных направлений для костной пластики является создание клеточных графтов из биодеградируемых материалов в сочетании с донорскими клетками, способных восстанавливать поврежденный орган или ткань. Однако для успешной индукции остеогенеза в месте имплантации необходимо создать высокую начальную концентрацию клеток, поэтому возникает необходимость поиска адекватного носителя для закрепления трансплантируемых клеток в организме реципиента. Среди материалов, разрабатываемых и исследуемых применительно к этим задачам, - полигидроксиалканоаты (ПГА), линейные полиэфиры микробиологического происхождения, являются наиболее перспективными. ПГА представляют большой интерес для ортопедии в связи с их высокой биосовместимостью, медленной биодеградацией и механической прочностью. Однако остается не ясным как химических состав, структура, свойства полимеров (кристалличность, механическая прочность, температурные характеристики, скорости биораспада), свойства поверхности различных форм на основе полимера могут повлиять на рост и адгезию остеобластов.
Актуальность представленной работы обусловлена с одной стороны важностью и новизной объектов исследования, интенсивно изучающихся многими научными коллективами в связи с интересом к их фундаментальным характеристикам и перспективами практического применения в современных технологиях. С другой стороны — с новизной развиваемых экспериментальных методик нанодиагностики поверхности материалов с различной степенью упорядоченности структуры и строением рельефа методом атомно-силовой микроскопии. Атомно-силовые микроскопы сейчас становятся одними из самых востребованных и доступных приборов для исследований в самых различных областях науки, вооруженность ими неуклонно возрастает. Поэтому основополагающим в работе рассматривается не просто получение адекватного изображения, но и осознанный его анализ.
Целью работы является исследование поверхностных, физикомеханических свойств и морфологии поверхности методом атомно-силовой микроскопии форм на основе полимеров полигидроксиалканоата.
1. Дать характеристику метода атомно-силовой микроскопии, области применения, принцип действия и основные режимы работы
2. Подготовить обзор биологических и синтетических материалов для хирургии
3. Провести исследование поверхностных свойств материала полигидроксиалканоата
4. Провести исследование физико-механических свойств материалов
5. Провести исследование топографии поверхности экспериментальных образцов на основе полигидроксиалканоатов методом атомно-силовой микроскопии
Выпускная квалификационная работа написана на 51 листе, содержит 16 рисунков, 3 таблицы и список литературы на русском и английском языках из 50 источников.
В процессе выполнения данной работы были исследованы свойства новых синтетических материалов для хирургии на основе
полигидроксиалканоатов.
При выборе метода диагностики исследуемых структур важно было учитывать прецизионность и достоверность получаемых результатов. В качестве методик для исследования материалов для хирургии применялся метод атомно-силовой микроскопии.
При анализе морфологии исследованных структур особое внимание обращалось на степень шероховатости исследуемой поверхности. Также было проведено сравнение морфологии различных П3ГБ матриксов.
Проведенное исследование позволяет качественно и количественно характеризовать свойства перспективного материала для хирургии.
Для дальнейшего развития данного направления исследования необходимо получить более детальную информацию о свойствах исследуемых материалов с применением более широкого спектра аналитических методов (оптические, электронно-зондовые, рентгеновские, ионно-зондовые и т.д.).
По результатам исследования можно сделать следующие выводы:
1. Метод атомно-силовой микроскопии возможно использовать для оценки шероховатости поверхности синтетических материалов на основе полигидроксиалканоата
2. Установлено, что новые сополимеры П(3ГБ/П4ГБ) обладают более высокой гидрофильностью, чем ПГ3Б, следовательно адгезия и жизнеспособность остеобластов на данных сополимерах выше.
3. Установлено, что полученные образцы сополимеров П(3ГБ/П4ГБ) обладают высоким пределом прочности и деформации при разрушении, которые являются крайне важными показателями материалов в ортопедии.
4. Проанализированная морфология исследованных объектов показывает высокую степень подготовки поверхности, большинство образцов относятся к высокому классу чистоты поверхности.
