Тема: ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ КАЛЬЦИЙФОСФАТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ЛАНТАН-СИЛИКАТ-ЗАМЕЩЕННОГО ГИДРОКСИАПАТИТА МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ

Важной проблемой медицинского материаловедения является разработка новых имплантационных материалов с оптимальными биологическими и функциональными свойствами, способствующими улучшению адаптации имплантатов к среде организма. Антисептические свойства имплантатов позволяют сократить длительность протекания естественных иммунных процессов в биотканях на ранних стадиях приживления, минимизировать возникновение аллергических и воспалительных реакций организма в отдаленный период имплантации, а также обеспечить наилучшие условия для биоинтеграции и надежного закрепления имплантатов [1].
Разработано и изучено много вариантов использования керамических материалов в организме: от спеченных имплантатов, несущих физиологические нагрузки, до цементов, применяемых для пластики костных дефектов, керамических средств локализованной и пролонгированной доставки лекарственных препаратов в организм, биоактивных покрытий, обеспечивающих интеграцию имплантата с костной тканью, и пористых матриксов для клеточных технологий реконструкции костных тканей [2].
С целью улучшения биологической эффективности имплантатов используют различные методы модификации поверхности, как механическая обработка, ионная имплантация, плазменное напыление покрытия, электрохимическое анодирование и т.д.
Для формирования пористых кальцийфосфатных (КФ) покрытий с развитым рельефом поверхности наиболее перспективен метод микродугового оксидирования (МДО) в водных растворах электролитов. Главное преимущество данного метода - это возможность осаждения КФ соединений на поверхности подложки и изменения фазового состава покрытия и его структуры при варьировании состава и концентрации электролита. Более того, метод МДО хорошо подходит для модификации и функционализации металлических подложек сложной формы, поскольку обеспечивает эффективный химический барьер против выхода ионов металла подложки и увеличивает коррозионную стойкость титановых сплавов. Известно, что технологические параметры процесса МДО, в частности напряжение, влияют на свойства покрытий: морфологию (пористость), топографию (шероховатость), химический состав и т.д. [3]. Одними из важных свойств покрытий, определяющих остеоинтеграцию костной ткани в имплантат, являются рельеф и морфология поверхности.
В качестве материала покрытий наиболее широкое распространение получил гидроксиапатит (ГА) и его изоморфные разновидности. В последнее время большой интерес представляют исследования ГА с одновременным анионным и катионным замещением, где в качестве заместителей перспективно использование ионов лантана (La3+) и (SiO4)4'-rpynnbi. Лантан (La) характеризуется противовоспалительным антисептическим эффектом, т.к. его ионы обладают близким сродством к фосфолипидам и стабилизируют деятельность клеточных мембран, блокируя ионные каналы клеток биоструктур. Применение лантана и многих лантаноидов в современной медицине также связано с их природными антикоагулянтными свойствами и высокой тромборезистентностью [4, 5]. Силикат ионы играют активную роль в организации соединительной костной ткани и способствуют ее ускоренному восстановлению [6]. Введение указанных модифицирующих добавок в небольших дозах будет способствовать сбалансированности концентрации микроэлементов в биопокрытиях и костных тканях.
В связи с вышеизложенным, целью выпускной квалификационной работы было исследование закономерностей формирования структуры, фазового и элементного составов и свойств КФ покрытий в процессе МДО в электролитах на основе Lа- и Si-замещенного ГА.
Для выполнения заданной цели были поставлены следующие задачи:
• Формирование покрытий методом МДО при различных величинах импульсного напряжения на поверхности титана в электролитах на основе Lа- и Si-замещенного ГА.
• Исследование влияния величины приложенного напряжения на морфологию, рельеф и структуру La- и Si-содержащих КФ покрытий.
• Изучение элементного и фазового составов La- и Si-содержащих КФ покрытий
Купить

1. Сформированы лантан-кремний-содержащие кальцийфосфатные покрытия на поверхности биоинетрного титана, методом микродугового оксидирования в электролитах на основе лантан-силикат-замещенного гидроксиапатита с концентрацией заместителей 0,2 и 0,5 моль при импульсных напряжениях в интервале 200-350 В.
2. Установлено, что при импульсных напряжениях 200-250 В формируются рентгеноаморфные покрытия, содержащие лантан и кремний. Повышение напряжения оксидирования до 350 В приводит к формированию покрытий с аморфно-кристаллической структурой, содержащие кристаллические фазы монетит СаНРО4 и Р-пирофосфат кальция Р- Са2?2О7.
3. Показано, что повышение импульсного напряжения приводит к линейному росту толщины и шероховатости лантан-кремний-содержащих покрытий от 45 до 130 мкм и от 3 до 8 мкм, соответственно. При этом общая пористость покрытий практически не меняется и составляет 20-23 %.
4. Выявлено, что с повышением импульсного напряжения процесса происходит увеличение средних размеров элементов покрытий - сфер от 16 до 25 мкм и пор в сферах от 3 до 7 мкм. При этом в покрытиях, нанесенных при напряжениях 300-350 В, происходит разрушение структурных элементов и образование на поверхности покрытий кристаллов пластинчатой формы в разрушенных полусферах и осколках.
5. Установлено, что при повышении импульсного напряжения концентрация лантана в покрытиях возрастает, а - кремния либо уменьшается, либо остается неизменным. Максимальное количество и лантана и кремния составило 0,2 ат. % для покрытий, полученных при напряжении оксидирования 350 В с использованием гидроксиапатита, с концентрацией заместителей 0,5 моль, при соотношении Са/Р равном 0,5. Однако максимальное значение отношения Са/Р, равное 0,6, было получено для покрытий, нанесенных при импульсном напряжении 350 В с использованием гидроксиапатита с концентрацией заместителей 0,2 моль.
Основные результаты выпускной квалификационной работы опубликованы в следующих работах:
1. Е.А. Казанцева, Е.Г. Комарова, М.В. Чайкина, М.Б. Седельникова. Получение и исследование свойств лантан- и кремний-содержащих кальцийфосфатных покрытий // Материалы VI Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии». Томск: Издательство ИОА СО РАН, 2016. - С. 169-173.
2. Е.Г. Комарова, М.Б. Седельникова, Ю.П. Шаркеев, М.В. Чайкина, В.В. Шейкин, Е.А. Шелехова, Е.А. Казанцева. Микродуговые биопокрытия на основе фосфатов кальция с добавлением лантана и кремния // Новые технологии создания и применения биокерамики в восстановительной медицине: материалы IV Международной научно-практической конференции; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета. - 2016. - С. 55-62.
3. Е.Г. Комарова, М.В. Чайкина, М.Б. Седельникова, Ю.П. Шаркеев, Е.А. Казанцева. Изучение физико-химических свойств лантан- и кремний-содержащих кальцийфосфатных покрытий // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2016. - Т. 59. - № 7/2. - С.113¬117.
4. Е.А. Казанцева, Е.Г. Комарова. Изучение структуры и состава микродуговых лантан- кремний-содержащих кальцийфосфатных покрытий. // Перспективы развития фундаментальных наук [Электронный ресурс]: сборник трудов XIV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Россия, Томск, 25-28 апреля 2017 г. - Томск: Изд-во - Национальный Исследовательский Томский политехнический университет, 2017. - С. 153-155.

Купить