автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Получение кальций-фосфатного покрытия микродуговым методом. Структура и свойства биокомпозита на основе титана с кальций-фосфатными покрытиями

ШАШКИНА Галина Алексеевна

ПОЛУЧЕНИЕ КАЛЬЦИЙ-ФОСФАТНОГО ПОКРЫТИЯ МИКРОДУГОВЫМ МЕТОДОМ. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА БИОКОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ ТИТАНА С КАЛЬЦИЙ-ФОСФАТНЫМ ПОКРЫТИЕМ

Специальности: 05.17.11 - технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов 01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск 2006

Работа выполнена в институте физики прочности и материаловедения СО РАН

Научный руководитель:

Доктор физико-математических наук, доцент Шаркеев Ю. П. Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН (г. Новосибирск)

Защита состоится 3 марта 2006 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.269.08 в Томском политехническом университете по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, корп. 2, ауд. 117.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Томского политехнического университета.

Автореферат разослан 3 февраля 2006 г.

доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор

Гузеев В. В. Смирнов С. В.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук, доценТ|

Петровская Т.С.

ХОой А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Несмотря на огромный успех в области внешней фиксации переломов, существует проблема расшатывания элементов аппаратов внешней фиксации, связанная с ухудшением границы кость / имплантат. В связи с этим, появились металлические имллантаты с покрытием из фосфатов кальция, которое имитирует поверхность костной ткани. Благодаря пористой структуре кальций-фосфатных покрытий (Са-Р), кость врастает в поверхность имплантата и фиксирует его. Формирование на поверхности имплантата Са-Р керамического покрытия придает имплантатам биоактивные свойства, что способствует долговечному соединению имплантата с костью. Фазовый состав Са-Р покрытий должен быть аналогичен минеральному составу костной ткани. На сегодняшний день существуют разнообразные способы формирования Са-Р покрытий на поверхности металлов. Наиболее технологичным и все чаще применяемым является микродуговой метод формирования покрытий в водных растворах электролитов, который позволяет наносить покрытия на объекты сложной формы. Формирование покрытий в микродуговом разряде обусловлено протеканием высокотемпературных химических реакций в зоне локальных микроплазменных разрядов. Имплантаты с микродуговыми Са-Р покрытиями используются в ЦОММ СО РАМН. Работы по созданию биоматериалов с микродуговыми Са-Р покрытиями ведутся в ИФПМ СО РАН. Несмотря на всю привлекательность Са-Р покрытий, их использование связано с рядом технологических сложностей их формирования на поверхности металлической матрицы с заданными составом и свойствами. Фазовый состав и структура таких Са-Р покрытий хорошо исследованы и обладают удовлетворительным комплексом необходимых свойств (химических и биологических). Основными недостатками этих покрытий являются: присутствие свободного титана в покрытии при нанесении его на титановую подложку и чрезвычайно низкое соотношение [Са]2+ / [РО^'^О, I - 0,3, что может отрицательно сказываться на биологических свойствах имплантатов. Поэтому усовершенствование старых и разработка новых методов формирования Са-Р покрытий с фазовым и элементным составом, близким к минеральному составу костной ткани до сих пор являются актуальными и важными проблемами, имеющими практическое и фундаментальное значение. Цель работы:

Создание Са-Р покрытий с фазовым и элементным составом, близким к минеральному составу костной ткани, и изучение физико-механических и биологических свойств материала «титан - кальций-фосфатное покрытие». Задачи:

1. модификация состава электролитов для микродугового формирования покрытий на поверхности титановых имплантатов с повышенным содержанием кальция и с фазовым составом, близким к минеральному составу костной ткани;

«>с. национальная библиотека

2. исследование морфологии, фазового и элементного состава кальций-фосфатных покрытий;

3. исследование влияния термообработки на морфологию, фазовый и элементный составы кальций-фосфатных покрытий;

4. исследование механических свойств биоматериалов «титан Са-Р покрытие»;

5. биологическая апестация биоматериала «титан - кальций-фосфатное покрытие».

Научная новизна работы:

1. Установлено, что содержание кальция в кальций-фосфатных покрытиях, сформированных микродуговым методом, зависит от концентрации ионов кальция в дисперсионной среде используемого электролита.

2. Показано, что введение в электролит на основе Н3Р04 и Са10(РО4)6(ОН)2 дополнительно карбоната кальция СаС03 обеспечивает повышение концентрации ионов кальция в электролите и повышение содержания кальция в покрытии, формирование в Са-Р покрытиях (3-Са3(Р04), который входит в состав костной ткани и титаната кальция СаТЮ3, при этом соотношение [Са]/[Р04] увеличивается более чем в 3 раза.

3. Установлено, что перевод крупнокристаллического титана в ультрамелкозернистое состояние методами интенсивной пластической деформации приводит к повышению прочностных свойств - предела прочности при растяжении, усталостной прочности - биокомпозита «титан - кальций-фосфатное покрытие».

4. Установлено, что присутствие в кальций-фосфатном покрытии, нанесенном на поверхность титана микродуговым методом, трикальцийфосфата р-Са3(Р04) и титаната кальция СаТЮ3 обеспечивает зарождение и рост костной ткани на поверхности биокомпозита «титан - кальций-фосфатное покрытие». Практическая ценность

1. Предложен состав электролита на основе Н3Р04 и Са]0(РО4)б(ОН)2 с добавлением СаС03 для нанесения Са-Р покрытий на поверхность титановых им-плантатов с повышенным содержанием кальция, в состав которых входит р-трикальцийфосфат.

2. Биоматериал «ультрамелкозернистый титан - Са-Р покрытие» обладает требуемым уровнем механических свойств, которые на порядок превышают механические свойства костной ткани.

3. Биоматериал на основе ультрамелкозернистого титана и микродугового Са-Р покрытия рекомендован к использованию в медицинской практике (Акт внедрения, выданный ЦОММ СО РАМН, г. Томск).

Положения, выносимые на защиту:

1. Состав электролита на основе фосфорной кислоты Н3Р04 и гидроксилапа-тита Саю(Р04)б(0Н)2 с добавлением карбоната кальция СаС03 для микродугового нанесения кальций-фосфатных покрытий на титановую подложку, обеспечивающий молярное соотношение [Са]2 / [Р04]','= 0,7.

2 Совокупность экспериментальных данных по

влиянию структурного состояния титановой подложки и состава электролита для микродугового нанесения Са-Р покрытий на фазовый, элементный состав и морфологические особенности кальций-фосфатных покрытий.

3. Результаты механических испытаний, подтверждающих требуемый уровень прочностных свойств биоматериала на основе ультрамелкозернистого титана и капьций-фосфатн<}го покрытия с высоким содержанием кальция для использования в ортопедии и травматологии. Апробация работы:

По результатам исследований были сделаны доклады на следующих конференциях: European Medical and Biological Engineering and Computing Congress EMBEC'99, - Vienna, Austria, 1999; The European Bioceramics Conference, - Bologna, Italy, 2000; Sixth World Biomaterials Congress, - Hawaii, USA, 2000г.; VII Российская научная студенческая конференция, - Томск, ТГУ, Россия, 2000г.; I Международная студенческая конференция, - Томск, ТПУ, Россия, 2001г.; Международная конференция физико-химия ультрадисперсных (нано) систем, - Томск, Россия, 2001г.; Межведомственный семинар «Новые технологии в медицине», -Новосибирск, Россия, 2001г.; VII International conference CADAMT'2003r., -Tomsk, Russia; Научная конференция по итогам работы в 2003г. в рамках Программы «Фундаментальные науки - медицине», - Москва, Россия, 2003г.; Всероссийская молодежная научная конференция «Материаловедение, технологии и экология в III тысячелетии», - Томск, Россия, 2003г.; X Юбилейная международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», - Томск, ТПУ, Россия, 2004г.; 8й Korea -Russia International symposium on science and technology KORUS'2004, - Tomsk, Russia; III Международная конференция «Фазовые превращения и прочность кристаллов», - Черноголовка, Россия, 2004г.; XLIII Международная конференция «Актуальные проблемы прочности», - Витебск, Беларусь, 2004г. Публикации

По материалам диссертации опубликовано 23 печатных работы, из них 8 статей в центральных российских и зарубежных журналах и 8 статей в сборниках трудов российских и международных конференций, Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка использованной литературы (196 наименований) и приложения. Диссертация изложена на 185 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу и 51 рисунок.

Содержание работы

Во введении приведено обоснование актуальности работы, сформулированы цели и задачи исследовании, отражены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, сформулированы положения, выносимые на защиту В первой главе дан аналитический обзор о материалах, используемых в современной травматологии и ортопедии. Рассмотрен вопрос о биосовместимости и

биологических свойствах материалов, используемых в медицине. Рассмотрены методы нанесения Са-Р покрытий на поверхность титановых имплантатов и методы формирования ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры в объеме металлов. Анализ литературных ланных показал, что несмотря на достаточное количество работ, посвященных созданию и исследованию медицинских имплантатов, практически отсутствуют данные об эксплуатационных характеристиках имплантатов с Са-Р покрытиями, в числе и с микродуговыми Са-Р покрытий. В литературе отсутствуют данные о комплексном исследовании ортопедических имплантатов, освещающие физико-химические аспекты используемых материалов вопрос о влиянии термообработок на структуру и свойства композита «титан - Са-Р покрытие».

Во второй главе, основываясь на анализе литературных данных, сформулированы цель и задачи настоящей работы. Был проведен выбор материалов исследования, описаны методы формирования УМЗ состояния в титане, режим метода микродугового нанесения исследуемых Са-Р покрытий и методы изучения механических и биологических свойств.

В третьей главе представлены результаты разработки состава электролита для микродугового формирования Са-Р покрытий с более высоким содержанием кальция при сохранении имеющегося комплекса эксплуатационных свойств.

Основными недостатками микродуговых Са-Р покрытий являются низкое содержание кальция и низкое соотношение [Са]2+ / [Р04]3~. С целью получения Са-Р покрытия с более высоким содержанием кальция было апробировано 12 различных электролитов (табл. 1). Исследуемые электролиты были разделены на 4 фуппы: на основе №3Р04 с ГА и СаС03; Н3Р04 и ГА; Н3Р04 и СаС03; Н3Р04, ГА и СаС03.

Таблица 1.

Ч ¡5 ! Содержание компонентов, %масс Кон-ция ионов, моль/л п* Са, %ат в локр Характеристики

Н,Р04 ГА СаСО, Ыа3Р04 [Са]2+ [РО,]3

] 17 60 - - 0,8964 3,14 3,5 4 Удовлетворительная адгезия

2 20 60 - - 0,8964 3,60 4,02 3 аналог эл-та 1

3 20 - 60 - 0,9000 3,06 3,4 7 Слабая адгезия,

4 20 - 120 - 1,8000 3,06 1,7 13 Неравномерное покрытие

5 20 - 150 - 2,2500 3,06 1,36 полное отсутствие адгезии

6 20 - 180 - 2,7000 3,06 1,13 Слабая адгезия

7 20 60 100 - 2,3964 3,14 1,31 9 Оптимальный

8 - - 120 502 0,9000 2,30 2,55 Покрытие не формируется

9 - 60 60 502 0,8232 2,57 3,12 Покрытие не формируется

10 15 60 40 - 0,7482 1,15 1,54 Слабая адгезия

11 . 40 60 328 0,7488 1,80 2,42 Покрытие не формируется

12 15 60 40 - 0,7482 1,80 2,40 Покрытие не формируется

Примечание п* - [Р04]'7 [СаГ

В электролитах на основе Ыа3Р04 не удалось получить качественных Са-Р покрытий. Формируемые покрытия оказались неоднородными с нарушенной сплошностью по всей площади поверхности образцы и не обладали удовлетво-

рительной адгезией к подложке. Поэтому от электролитов на основе №3Р04 было решено отказаться.

Содержание кальция в Са-Р, сформированных в электролитах на основе Н3Р04 и ГА, составляло в 3 % ат, фосфора - 11 % ат, титана - 11 %ат. Соотношение [Са]2+ / [Р04]3"равно 0,2. Максимальная толщина таких Са-Р покрытий составляла 40 мкм.

При использовании электролитов на основе Н3Р04 и СаС03 содержание кальция в покрытии достигло 13 %ат, фосфора до 15 %ат, содержание титана снизилось до 6%ат. Максимальная толщина покрытий составило 100 мкм. Соотношение [Са]2+ / [Р04]3 в данном случае составило 0,85. Однако такие покрытия неоднородны и легко отслаиваются.

Наиболее оптимальными свойствами обладали Са-Р покрытия с толщиной до 80 мкм, сформированные в электролитах, в дисперсной фазе которых одновременно присутствует ГА и СаСОэ. Содержание кальция составило 9 % ат, что в три раза превышает содержание кальция в Са-Р покрытиях, сформированных в электролите на основе Н3Р04 и ГА. При этом фосфора в покрытии содержится 13 % ат, титана - 6 % ат. Соотношение [Са]2+ / [Р04]3" равно 0,7. Формируемые покрытия однородны по всей поверхности.

Согласно зависимости, представленной на рис. 1, существует предельная величина содержания кальция в микродуговых Са-Р покрытиях, оно составляет 13,4 %ат. Следовательно, дальнейшее увеличение концентрации ионов кальция в электролите не приведет к росту его содержания в покрытии. В соответствии с данными, приведенными на рис. 2, при увеличении содержания кальция в покрытиях содержание титана падает. Однако полностью избавиться от титана в покрытии не представляется возможным.

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 э

-> содержание кальция в электролите, моль/л

Рис ]. Зависимость содержания кальция в покрытиях от содержания кальция в электролитах

0 1 2 3 4

Я соотношение п= [РО,]' /ГСа]1* * 4

Рис 2 Зависимость концентраций кальция и титана в покрытиях от значений п^РО^ /¡Са\г* для исследуемых электролитов

Исходя из всего вышесказанного, для дальнейших исследований за базовый электролит был принят электролит следующего состава Н3Р04 - 20 %масс, ГА -

6 %масс и модифицированный электролит Н3Р04 - 20 %масс, ГА -6 %масс СаСОз - 9 %масс.

В четвертой главе представлены результаты исследования морфологии, фазового и элементного составов биоматериалов Са-Р покрытий, сформированных в базовом и модифицированном электролитах в исходном состоянии и после термообработки при 1073 К.

Показано, что независимо от состава электролита и структурного состояния подложки, Са-Р покрытия после нанесения находятся в рентгеноаморфном состоянии, Рентгенофазовый анализ после термообработки при 1073 К показал, что базовое Са-Р покрытие имеет следующий фазовый состав: двойной фосфат титана-кальция СаТ14(Р04)6, пирофосфат титана "ПР207 и диоксид титана ТЮ2 в модификациях анатаза и рутила, кроме этого на дифрактограмме идентифицируются линии свободного а-титана (рис. 3). Фазовый состав модифицированного Са-Р покрытия следующий (рис.4): /?-трикальцийфосфат /?-Са3(Р04)2 (/?-ТКФ), двойной фосфат титана-кальция Са"П4(Р04)6, титанат кальция СаТЮ3 и пирофосфат титана Т1Р207, свободный титан выявлен не был. Установлено, что соотношение [Са]2+ / [Р04]3" для базового покрытия составляет 0,2, для модифицированного - 0,7.

1 I I £

С 1 3

з § 1*1 1 §

1 ■ Ш.М.и.,.,

а е г'

э 8

СГ

15 20 25 30 35

75

45 50 55 60 65

Рис 3 штрих-диаграмма исходного Са-Р покрытия после термообработки при 1073 К

30 35 40 45 50 55

угол ?е

Рис 4 штрих-диаграмма модифицированного Са-Р покрытия после термообработки при „ ^ „ 1073 К ^ „

В табл. 2 приведены результаты элементного анализа исследуемых Са-Р покрытий, подвергнутых термообработки при 1073 К. Изменение концентраций элементов покрытий обусловлено, вероятно, протеканием окислительных реакций. Содержание кальция фосфора выше в модифицированном Са-Р покрытии, титана и кислорода - в базовом.

Рельеф поверхности покрытия определяет период интеграции имплантата с окружающими тканями. Растровая электронная микроскопия показала, что все исследуемые Са-Р покрытия обладают подобной морфологией поверхности. Во всех случаях на поверхности титановых подложек формируются пористые Са-Р

покрытия, основными элементами структуры поверхности являются сферолиты и чешуйчато-осколочные фрагменты.

Таблица 2. _

Покрытие Концентрация элемент, % ат

О Са Р 7>

Базовое Са-Р покрытие после термообработки при 1073 К 78 2 9 11

Модифицированное Са-Р покрытие после термообработки при 1073 К 75 4 И 10

Рис 5 Поверхность базового Са-Р покрытия

мку

Рис 6. ¡1т^хностъЪхюкях>СаТпокры-тия после термообработки при 1073 К

Рис. 7. Поверхность модифицированного поп ж

„ „ -г г Рис 8 Поверхность модифицированного

Са-Р покрытия. „ _ г т , г

Стрелками показаны сферолты Са"Р "^Р"™» посл£ термообработки при

_ 1073 К. Стрелками показаны сферолиты

В случае базового Са-Р покрытия, нанесенного на поверхность крупнокристаллического титана, (рис. 5) средний размер сферолитов составляет 7 мкм, средний размер чешуйчато-осколочных фрагментов - 5 мкм, поверхностная пористость покрытия составляет - 20 %, средний размер пор - 7 мкм. Изолированные поры локализованы в сферолитах, объединенные сквозные поры расположены на границах сферолитов и чешуйчато-осколочных фрагментов. В ходе термообработки при 1073 К общий характер структуры сохраняется, размеры структурных элементов увеличиваются в 2-3 раза (рис. 6). В результате термообработки происходит зарастание пор. Оставшиеся поры локализуются в сферолитах. Отрицательным фактором является появление трещин.

В случае модифицированного Са-Р покрытия (рис. 7) размер сферолитов составляет 12 мкм, размер чешуйчато-осколочных фрагментов - также 5 мкм. Данное покрытие обладает развитой поверхностной пористостью, основная масса пор локализована в сферолитах, размер изолированных пор - 7 мкм. Сквозных пор выявлено не было. Общая поверхностная пористость достигает 35 %. Следует отметить, что данное покрытие обладает более четким рельефом, более развитой, без видимых дефектов, поверхностью и однородной и упорядоченной структурой, чем покрытия, сформированные в базовом электролите. Установлено, что в ходе термообработки модифицированное Са-Р покрытие не склонно к растрескиванию и в целом сохраняет свою структуру, основными элементами становятся сферолиты, размер которых увеличивается до 20 мкм (рис. 8).

Установлено, что на поверхности УМЗ титана формируются Са-Р покрытия с тем же фазовым и элементным составом и морфологией, что и на поверхности крупнокристаллического титана. Однако, содержание кальция в данных Са-Р покрытиях, сформированных как в базовом, так и в модифицированном электролитах, приблизительно в 2 раза ниже по сравнению с содержанием кальция в СаР покрытиях, сформированных на поверхности крупнокристаллического титана в указанных электролитах (табл. 3). Таблица 3. _ _ _ _

Покрытие Концентрация элемент, % от

О Са Р 7|

Базовое Са-Р покрытие 76 4 11 9

Модифицированное Са-Р покрытие 73 8 11 8

Основными элементами Са-Р покрытий, сформированных на поверхности УМЗ титана, также являются сферолиты и осколочно-чешуйчатые элементы (рис. 9, 10) В базовом Са-Р покрытии (рис. 9) средний размер сферолитов составляет 10 мкм, осколочно-чешуйчатых элементов - 10 мкм. Количество чешуйчато-осколочных элементов незначительно. Поры открытые, поверхностные, изолированные, объединенных пор практически нет. Следует отметить, что в исследуемом Са-Р покрытии поры пронизывают сферолиты, и в одном сферолите может быть до 3 - 5 пор. Средний размер пор составляет 7 мкм. Пористость покрытия находится в пределах 30 %.

Рис 9 Поверхность базового Са-Р по- Рис 10. Поверхность модифицированно-

крытия на поверхности УМЗ титана, го Са-Р покрытия на поверхности УМЗ

Стрелками показаны сферолиты титана

В модифицированном Са-Р покрытии (рис. 10) сферолиты имеют размер 10 мкм, чешуйчато-осколочные фрагменты достигают 10 мкм, и их количество значительно больше, чем количество сферолитов. Поверхностные поры обособлены и не связаны друг с другом. Поры также пронизывают сферолиты, в одном сферолите локализовано до 5 пор/Средний размер пор составляет 5 мкм. Кроме изолированных пор в исследуемом Са-Р покрытии присутствуют объединенные поры, находящиеся между чешуйчато-осколочными фрагментами структуры. Данные поры имеют вытянутую форму и средний размер 10 мкм. Общая пористость модифицированного Са-Р покрытия достигает 50 %. В пятой главе представлены результаты механических свойств биоматериалов «титан - Са-Р покрытие» и «УМЗ титан - Са-Р покрытие».

В период эксплуатации в организме имплантат подвергается как циклическим усталостным нагрузкам, так нагрузкам типа «растяжение» или «сжатие». Проведенные испытания на растяжение показали, что формирование на поверхности крупнокристаллического титана Са-Р покры гий, как в базовом, так и в модифицированном электролите, несколько повышает прочностные характеристики биоматериалов по сравнению с «чистым» металлом (табл. 4). Термообработка при 1073 К биоматериалов, как с базовым, так с модифицированным Са-Р покрытиями приводит к некоторому снижению прочностных характеристик биоматериалов (табл. 4). Однако прочностные характеристики биоматериалов с Са-Р покрытиями выше прочностных характеристик «чистого» крупнокристаллического титана, подвергнутого термообработке при 1073 К и в 5 раз превышает прочностные характеристики костной ткани (предел прочности при растяжении -50- 150 МПа).

Таблица 4.

Состояние Материал Предел прочности а, МПа Деформация разрушения, Е, %

Исходное Титан 460 28

Титан с базовым Са-Р покрытием 500 26

Титан с модифицированным Са-Р покрытием 530 30

После термообработки при 1073 К Титан 450 20

Титан с базовым Са-Р покрытием 480 20

1 итан с модифицированным Са-Р покрытием 510 16

Установлено, что при растяжении биоматериалов с базовым Са-Р покрытием, первая трещина появляется при деформации 0,5 % При растяжении биоматериалов с модифицированным Са-Р покрытием первая трещина появляется при деформации 0,7%. Разрушение покрытий происходит при деформации 1,5%. Общим для данных типов Са-Р покрытий является тот факт, что плотный подслой покрытия разрушается вместе с образцом. Отметим, что при на грузках на растяжение опорно-двигательная система человека испытывает деформацию не более 0,2 процента, а полностью разрушается при деформациях порядка 1,5 %.

Замена крупнокристаллического титана на УМЗ титан приводит к значительному повышению предела прочности (табл. 5). При этом пластичность титана снижается практически в 2 раза (с 28 до 14 %). Нанесение Са-Р покрытий, как в базовом, так и в модифицированном электролитах, несколько снижает прочностные характеристики биоматериалов в целом. Однако предел прочности биоматериалов на основе УМЗ титана значительно выше, чем у биоматериалов на основе крупнокристаллического титана. Термообработка при 473 К практически не снижает прочностных характеристик биоматериалов на основе УМЗ титана, что позволяет безопасно подвергать их стерилизации. Для Са-Р покрытий, нанесенных на поверхность УМЗ титана, величина деформации, при которой появляются первые трещины, составляет 1-1,5 %. Полное разрушение покрытия здесь также происходит вместе с образцом. Таблица 5. ___

Состояние Материал Предел прочности а, МПа Деформация разрушения, Е, %

Исходное УМЗ титан 712 16

УМЗ титан с базовым Са-Р покрытием 640 19

УМЗ титан с модифицированным Са-Р покрытием, 632 18

После термообработки при 473 К УМЗ титан 735 14

УМЗ титан с базовым Са-Р покрытием 720 18

УМЗ титан с модифицированным Са-Р покрытием 595 16

Проведенные испытания на усталостную прочность показали, что формирование на поверхности крупнокристаллического титана базового Са-Р покрытия приводит к повышению накопления микропластической деформации при циклическом нагружении по сравнению с «чистым» крупнокристаллическим титаном (рис 11) При этом общая закономерность накопления микропластической деформации в результате нанесения Са-Р покрытия не изменяется. Формирование на поверхности крупнокристаллического титана модифицированного Са-Р покрытия (рис. II) приводит к снижению накопления микропластической деформации, но не изменяет общую закономерность накопления микропластической

Рис II Накопление микропластической де- Рис 12. Накопление микропластической

формации при циклическом изгибе для биома- деформации при циклическом изгибе для

тер налов на основе титана ВТ I -0 с Са-Р по- на основе титана ВТ 1 -0 с Са-Р покрытия-

Установлено, что термообработка биоматериапов с базовым Са-Р покрытием при 1073 К (рис. 12) приводит к падению накопления микропластической деформации в 2 раза. Не смотря на этом, все образцы биоматериала, как в исходном состоянии, так и после термообработки, выдержали 106 циклов в ходе испытаний. После термообработки биоматериалов с модифицированным Са-Р покрытием при 1073 К значимого изменения накопления микропластической деформации не происходит. Все образцы с модифицированным Са-Р покрытием после термообработки также выдержали циклические испытания в количестве 106 циклов.

Замена подложки из крупнокристаллического титана на УМЗ титан приводит к повышению усталостных характеристик. Нанесение базового Са-Р покрытия (рис. 13), приводит к снижению накопления пластической деформации композита по сравнению с «чистым» металлом. Однако прочностные свойства биоматериала на основе УМЗ титана с базовым Са-Р покрытием остаются достаточно высокими по сравнению с биоматериалом на основе крупнокристаллического титана. При нанесении модифицированного Са-Р покрытия на поверхность УМЗ титана наблюдается незначительное снижение накопления микропластической деформации по сравнению с «чистым» УМЗ титаном. Все исследуемые композиты на основе УМЗ титана при испытаниях, так же как и композиты на основе крупнокристаллического титана, отстояли 106 циклов при нагрузках, превышающих нагрузки, при которых работают имплантаты в организме. Костная ткань выдерживает 106 циклов при нагрузках порядка 35 МПа, а испытания им-ллантатов были проведены при нагрузках порядка - 350 - 500 МПа, что более, чем в 10 раз превышает реальные условия работы.

200

Рис 13 Накопление микропластической деформа-

150 ции при циклическом изгибе для на основе УМЗ

„ титана с Са-Р покрытиями

§ / - УМЗ титан,

ьЮО 2 - УМЗ титан с базовым Са-Р покрытием,

Г з - умз титан с модифицированным Са-Р покры-

тием

50

О

0 1 2 3 4 5 6 ДО

В отличие от критериев статической прочности, например, предела прочности, которые характеризуют усредненные свойства данного образца, микротвердость характеризует сопротивляемость пластической деформации локальных объемов материалов.

Перевод крупнокристаллического титана в УМЗ титан повышает микротвердость титана с 1800 МПа до 2800 МПа. Микротвердость, нанесенных на поверхность крупнокристаллического титана Са-Р покрытий, как в базовом, так и в мо-

дифицированном электролитах, превышают микротвердость титана

ВТ 1-0 в 5 раз (рис. 14). Термообработка при 1073 К приводит к незначительному росту микротвердости базовых Са-Р покрытий и некоторому снижению микротвердости модифицированных Са-Р покрытий. Микротвердость Са-Р покрытий, сформированных на поверхности УМЗ титана, также превышают микротвердость самого УМЗ титана раз (рис. 15). Термообработка при 473 К приводит к некоторому росту микротвердости Са-Р покрытий.

15-

базовое

Са

С

U

зовое I

1-Р покрытие

модифицированное Са-Р покрытие

200 400 600 800 1000 1200 мо 400 600 800

температура термообработки. К температура термообработки, К

Рис 14 Зависимость микротвердости от рис 15 Зависимость микротвердости от

термообработки для биоматериала на осно- термообработки для биомагериала на

ве крупнокристаллического татана основе УМЗ титана

Адгезионная прочность исследуемых Са-Р покрытий, измеренная по оригинальной методике, в среднем составила 0,93 - для базовых Са-Р покрытий, 0,99 -для модифицированных. Отметим, что при Y-1 адгезия максимальна, при Y=0 адгезия минимальна. На рис. 16 приведено оптическое изображение отпечатка индентора на базовом покрытии, на котором видно, что покрытие в результате укола деформировалось неоднородно и в некоторых местах отслоилось полностью. В случае модифицированного покрытия (рис. 17) само покрытие вокруг отпечатка индентора деформировалось равномерно, зона деформации при этом невелика, сколов и отслоения покрытия не выявлено.

Рис 16 Оптическое изображение отпе- Рис ,7 Оптическое изображение отпе-

чатка индентора на поверхности базовго чагеа „нде1т>ра на поверхности моди-

Са-Р покрытия при определении адгези- фицированного Са-Р покрытая при опре-

онной прочности делении адгезионной прочности

Таким образом, биоматериалы на основе как крупнокристаллического, так и УМЗ титана с модифицированным Са-Р покрытием обладают требуемым уров-

нем прочностных свойств, предъявляемым к изделиям

медицинского назначения, т.е. их механические свойства на порядок превышают механические свойства костной ткани.

В шестой главе приведены результаты биологического тестирования исследуемых материалов.

Основополагающим фактором успешного применения любого материала в медицине является предварительное тестирование в условиях «in vitro» и «in vivo». Биологическое тестирование исследуемых Са-Р покрытий было проведено в Лаборатории токсикологии и инжиниринга биомедицинских материалов ЦОММ СО РАМН (г. Томск).

Проведенный тест на токсичность (рис. 16) показал, что исследуемые Са-Р покрытия проявляют удовлетворительные токсикологические свойства Токсические свойства исследуемого биоматериала ниже, чем свойства титана, Исследуемые биоматериалы не снижают выживаемости клеток костного мозга Сформированные на поверхности титана Са-Р покрытия выполняют дополнительно защитные свойства, противодействуя выходу ионов титана на поверхность материала.

100

95 -

5 90 -

85 -

IP ШШШ

II а

р ¡i

ш i

Рис 16 Результаты биологического тестирование на цитотоксичносп. ш vitro'

1- интактная клеточная взвесь (негативный контроль),

2 -Са-Р покрытие

3 - титановая подложка (позитивный контроль)

Так как исследуемые материалы «титан - Са-Р покрытие» обладают удовлетворительной цитотоксичностью, то далее они были подвергнуты биологическому тестированию «in vivo». Исследование реакции тканей на подкожную имплантацию мышам материалов «титан - Са-Р покрытия» показало, что через 1,5 месяца эксперимента не было выявлено признаков воспалительных процессов и инфекционных заражений. Согласно экспериментальным данным, исследуемые материалы обладают высокой биосовместимостью. Са-Р покрытие индуцирует рост тканевых пластинок с вероятностью 83 %, а кости - 80 %,что свидетельствует об оптимальности их поверхностного рельефа для прикрепления и созревания клеток. Таким образом, согласно проведенным биологическим тестам, материал на основе титана с Са-Р покрытиями обладает благоприятными биомедицинскими параметрами для использования при чрекостном и накостном остео-

синтезе. Са-Р покрытие способствует прикреплению костномозговых клеток, их перерождению в костную ткань и не вызывает нежелательных местных реакций.

По результатам биологических исследований Центром ортопедии и медицинского материаловедения СО РАМН был выдан «Акт внедрения», который, который разрешает использование биоматериала «титан - кальций-фосфатное покрытие» в медицинской практике (Приложение 1) Общие выводи:

1. Введение в электролит на основе фосфорной кислоты Н3Р04 и гидрокси-лапатита Саю(Р04)6(0Н)2 карбоната кальция СаС03 обеспечивает дополнительный источник кальция и позволяет повысить содержание кальция в 3 раза по сравнению с ранее применяемыми в медицине покрытиями.

2. Установлено, что дополнительное введение в состав электролита карбоната кальция СаСОз обеспечивает синтез трикальцийфосфата fi-Са3(Р04)2 в покрытии, являющегося "материалом" для роста костной ткани и CaTi04, обуславливающего остеокондуктивные свойства покрытия.

3. Установлено, что структурное состояние титановой подложки не оказывает влияния на морфологию и фазовый состав микродуговых кальций-фосфатных покрытий.

4. Термообработка при 1073 К кальций-фосфатных покрытий, сформированных микродуговым методом в электролите на основе фосфорной кислоты Н3Р04, гидроксилапатита Саю(Р04)б(0Н)2 и карбоната кальция СаС03 на подложку из крупнокристаллического титана не приводит к разрушению покрытий, что позволяет их использовать при изготовлении имплантатов с низкой степенью биорезорбции.

5. Нанесение кальций-фосфатных покрытий на поверхность титановой подложки не снижает прочностных свойств биокомпозита «титан - кальций-фосфатное покрытие» по сравнению с «чистым» титаном.

6. Формирование в титановой подложке ульрамелкозернистого состояния существенно повышает прочностные свойства биоматериала в целом. Термообработка при 473 К не оказывает влияния на УМЗ состояние титановой подложки и сохраняет прочностные свойства на требуемом уровне, что позволяет безопасно подвергать стерилизации готовый биоматериал.

7. Микродуговые кальций-фосфатные покрытий, сформированные в электролите на основе фосфорной кислоты Н3Р04 и гидроксилапатита Са10(РО4)б(ОН)2 с добавлением карбоната кальция СаС03 на поверхность титана, обладают высокой биологической активностью, способствуют формированию костной ткани и могут успешно использоваться в травматологии и ортопедии. Содержание работы и ее результаты изложены в следующих публикациях:

1. А. V. Karlov, Ju. R. Kolobov, L. S. Bushnev, E.E. Saguymbaev, T.S. Petrovskaya, G. A. Shashkina. The calcium-phosphate coatings applied on titanium by différent technology // Proceedings of European Médical and Biological Engineering and Computing, - Vienna, Austria, 1999, part 1, - p. 198-199.

2. Schaschkina G. Untersuchung der elektrochemischen Eigenschaften von Titan mit bioinerten und bioactiven Schichten // Biomedizinische Technik. - Lübeck, Deutschland, 2000, Band 45, Ergänzungband 1, - s. 537 - 538.

3 Шашкина Г. А., Шаркеев Ю. П., Колобов Ю.Р. Формирование биокерамических покрытий с высоким содержанием кальция на титане // Перспективные материалы, 2005, - №1, с. 41-46.

4. Шашкина Г. А., Легостаева Е. В., Ерошенко А. Ю, Иванов М. Б., Пожень-ко Н. С. Исследование структуры и свойств композиционных материалов медицинского назначения: титан/керамическое покрытие // Сборник трудов 2-ой Всероссийской молодежной научной конференции «Материаловедение, технологии и экология в III тысячелетии», - Томск, Россия, 2003, с 115 - 118.

5. А. V. Karlov, Ju. R. Kolobov, L. S. Buschnev, E. E. Saguymbaev, О. A. Kaschin, R. S. Valiev, G. A. Schaschkina. Nanostrukturiertes Hochfest - Titan als prospektives Material für Orthopädie und Traumatologie // Biomedizinische Technik - Deutschland, 2000, Band 45, Ergänzungband 1, - s.l 11 - 112.

6. Ju. R. Kolobov, E. E. Saguymbav, R. S. Valiev, А. V. Karlov, G. A. Shaskina. Ceramics coating of the highest strength titanium as prospective material for orthopaedic implants // Proceedings of Bioceramics Conference, - Bolonja, Italy, 2000, V13, p. 215-218.

7 Kolobov Yu R., Sharkeev Yu. P., Karlov A. V., Khlusov I. A., Shashkina G. A., Bratchikov A. D., Dudarev E. F. Bulk composites: nanostructured titanium and bioac-tive coating for medical implants // Book of abstract of VII International conference CADAMT'2003, - Tomsk, Russia, 2003, - p. 261.

8. Шашкина Г. A., E. В. Легостаева, Ю. П. Шаркеев, Ю. Р. Колобов, И. А. Хлусов, Н. С. Поженько, А. В. Карлов М. Б. Иванов. Биокерамические покрытия с высоким содержанием кальция для медицины // Физическая мезомеха-ника, 2004, том 7, спец. выпуск, часть 2, с. 123 - 126.

9. Kolobov Yu. R„ Sharkeev Yu. P., Shashkina G. A., Khlusov I. A. The "Submi-crocrystalline titanium - calcium phosphate coatings" composite for medical use // PROCEEDINGS OF 8™ Korea - Russia International Symposium On Science And Technology KORUS'2004, - Tomsk, Russia, 2004, - p. 160 - 164.

10. Колобов Ю.Р., Шаркеев Ю.П., Карлов A.B., Легостаева E.B, Шашкина Г.А., Хлусов И.А., Братчиков A.B., Ерошенко А.Ю., Поженько Н.С., Шашкин А.Б. Биокомпозиционный материал с высокой совместимостью для травматологии и ортопедии // Деформация и разрушение материалов. - 2005. - №4. С.2-9.

11. I.A. Khlusov, A.V. Karlov, Yu.R. Sharkeev, V F. Pichugin, Yu.R. Kolobov, G.A. Shashkina, M.B. Ivanov, E.V. Legostaeva and G.T. Sukhikh. Osteogenic Potential of Mesenchymal Stem Cells from Bone Marrow in Situ- Role of Physicochemical Properties of Artificial Surfaces // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. - 2005. -Volume 140. -N l.-P. 144-152.

12. Шаркеев Ю. П., Колобов Ю P., Карлов AB, Хлусов И.А., Легостаева Е. В., Шашкина Г. А Структура, механические характеристики и остеогенные свойства биокомпозиционного материала на основе субмикрокристаллического титана и

микродугового кальций-фосфатного покрытия // Клеточные технологии в биологии и медицине.-2005.-Т. 8. - Спецвыпуск. - С.83-86.

13. Хлусов И. А Карлов A.B., Шаркеев Ю.П., Пичугин В.Ф., Колобов Ю.Р, LLIaiu-кина Г.А, Иванов МБ., Легостаева Е.В, Сухих Г Т Остеогенный потенциал ме-зенхимальных стволовых клеток костного мозга in situ: роль физико-химических свойств искусственных поверхностей // Клеточные технологии в биологии и ме-дицине.-2005.-№ 3.-С.164-173.

Работа выполнена в рамках комплексного проекта ИФПМ СО РАН «Исследование роли диффузионно-контролируемых процессов в формировании структуры и упруго-пластических свойств многоуровневых наноструктурных композитов с металлической матрицей. Разработка на их основе перспективных материалов»; при финансовой поддержке следующих программ и грантов: проект №11.1 по Программе Президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине», РФФИ-БРФФИ, фант № 04-02-81038 Ве12004а, РФФИ грант № 05-03-32617, РФФИ грант № 05-02-08179 офи а.

Подписано к печати 03.02.2006 г. Тираж /00 экз. Кол-во стр. 18. Заказ № 11-06. Бумага офсетная. Формат 60 х 84/16. Печать RISO. Отпечатано в типографии ООО «РауШ мбХ»

Лицензия Серия ПД Ne 12-0092 от 03.05.2001 г. 634034, г. Томск, ул. Усова 7, ком. 052. тел. (3822) 56-44-54

ZOOGA

p-2 8 34*

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ

В МЕДИЦИНЕ

1.1. Керамические биоматериалы

1.1.1. Гидроксилапатит

1.1.2. Р-трикальцийфосфат

1.1.3. Керамика на основе фосфатов кальция

1.1.4. Биологические свойства керамических биоматериалов

1.2.Металлы и их сплавы, используемые в медицине

1.2.1. Титан как материал для изготовления ортопедических имплантатов

1.2.2. Титановые сплавы

1.2.3. Ультрамелкозернистый титан

1.2.4. Методы создания ультрамелкозернистой структуры в титане

1.2.5. Биологические свойства титана

1.3. Композиционные материалы

1.3.1. Классификация композиционных материалов

1.3.2. Композиционные материалы «титан - кальций-фосфатное покрытие». Структура и свойства

1.3.3. Методы формирования кальций - фосфатных покрытий на поверх-ф ности титана и титановых сплавов

1.3.4. Модификация структуры и свойств композиционных материалов «титан - кальций-фосфатное покрытие» методами термообработки

1.3.5. Биологические свойства композиционных материалов «титан - кальций-фосфатное покрытие»

Несмотря на огромный успех в области внешней фиксации переломов, существует проблема расшатывания элементов аппаратов внешней фиксации, связанная с ухудшением границы кость / имплантат. В связи с этим, появились металлические имплантаты с покрытием из фосфатов кальция, которое имитирует поверхность костной ткани. Благодаря пористой структуре кальций-фосфатных покрытий (Са-Р), кость врастает в поверхность имплантата и фиксирует его. Формирование на поверхности имплантата Са-Р керамического покрытия придает имплантатам биоактивные свойства, что способствует долговечному соединению имплантата с костью. Фазовый состав Са-Р покрытий должен быть аналогичен минеральному составу костной ткани. На сегодняшний день существуют разнообразные способы формирования Са-Р покрытий на поверхности металлов. Наиболее технологичным и все чаще применяемым является микродуговой метод формирования покрытий в водных растворах электролитов, который позволяет наносить покрытия на объекты сложной формы. Формирование покрытий в микродуговом разряде обусловлено протеканием высокотемпературных химических реакций в зоне локальных микроплазменных разрядов. Имплантаты с микродуговыми Са-Р покрытиями используются в ЦОММ СО РАМН. Работы по созданию биоматериалов с микродуговыми Са-Р покрытиями ведутся в ИФПМ СО РАН. Несмотря на всю привлекательность Са-Р покрытий, их использование связано с рядом технологических сложностей их формирования на поверхности металлической матрицы с заданными составом и свойствами. Фазовый состав и структура таких Са-Р покрытий хорошо исследованы и обладают удовлетворительным комплексом необходимых свойств (химических и биологических). Основными недостатками этих покрытий являются: присутствие свободного титана в покрытии при нанесении его на

9+ 'Я титановую подложку и чрезвычайно низкое соотношение [Са] / [РО4] "=0,1 -0,3, что может отрицательно сказываться на биологических свойствах имплан-татов. Поэтому усовершенствование старых и разработка новых методов формирования Са-Р покрытий с фазовым и элементным составом, близким к минеральному составу костной ткани до сих пор являются актуальными и важными проблемами, имеющими практическое и фундаментальное значение. Цель работы:

Создание Са-Р покрытий с фазовым и элементным составом, близким к минеральному составу костной ткани, и изучение физико-механических и биологических свойств материала «титан - кальций-фосфатное покрытие». Для достижения заданной цели были поставлены следующие задачи:

1. модификация состава электролитов для микродугового формирования покрытий на поверхности титановых имплантатов с повышенным содержанием кальция и с фазовым составом, близким к минеральному составу костной ткани;

2. исследование морфологии, фазового и элементного состава кальций-фосфатных покрытий;

3. исследование влияния термообработки на морфологию, фазовый и элементный составы кальций-фосфатных покрытий;

4. исследование механических свойств биоматериалов «титан - Са-Р покрытие»;

5. биологическая аттестация биоматериала «титан - кальций-фосфатное покрытие».

Научная новизна работы:

1. Установлено, что содержание кальция в кальций-фосфатных покрытиях, сформированных микродуговым методом, зависит от концентрации ионов кальция в дисперсионной среде используемого электролита.

2. Показано, что введение в электролит на основе Н3РО4 и Саю(Р04)б(0Н)2 дополнительно карбоната кальция СаСОз обеспечивает повышение концентрации ионов кальция в электролите и повышение содержания кальция в покрытии, формирование в Са-Р покрытиях (3-Са3(Р04), который входит в состав костной ткани и титаната кальция СаТЮз, при этом соотношение [Са]/[РС>4] увеличивается более чем в 3 раза.

3. Установлено, что перевод крупнокристаллического титана в ультрамелкозернистое состояние методами интенсивной пластической деформации приводит к повышению прочностных свойств - предела прочности при растяжении, усталостной прочности - биокомпозита «титан - кальций-фосфатное покрытие».

4. Установлено, что присутствие в кальций-фосфатном покрытии, нанесенном на поверхность титана микродуговым методом, /?-трикальцийфосфата у#-Саз(Р04) и титаната кальция СаТЮз обеспечивает зарождение и рост костной ткани на поверхности биокомпозита «титан - кальций-фосфатное покрытие». Практическая ценность

1. Предложен состав электролита на основе Н3Р04 и Cai0(PO4)6(OH)2 с добавлением СаСОз для нанесения Са-Р покрытий на поверхность титановых им-плантатов с повышенным содержанием кальция, в состав которых входит /2-трикальцийфосфат.

2. Биоматериал «ультрамелкозернистый титан - Са-Р покрытие» обладает требуемым уровнем механических свойств, которые на порядок превышают механические свойства костной ткани.

3. Биоматериал на основе ультрамелкозернистого титана и микродугового Са-Р покрытия рекомендован к использованию в медицинской практике (Акт внедрения, выданный ЦОММ СО РАМН, г. Томск).

Положения, выносимые на защиту:

1. Состав электролита на основе фосфорной кислоты Н3Р04 и гидрокси-лапатита Саю(Р04)б(0Н)2 с добавлением карбоната кальция СаСОз для микродугового нанесения кальций-фосфатных покрытий на титановую подложку, обеспечивающий молярное соотношение [Са] / [Р04] '= 0,7.

2. Совокупность экспериментальных данных по влиянию структурного состояния титановой подложки и состава электролита для микродугового нанесения Са-Р покрытий на фазовый, элементный состав и морфологические особенности кальций-фосфатных покрытий.

3. Результаты механических испытаний, подтверждающих требуемый уровень прочностных свойств биоматериала на основе ультрамелкозернистого титана и кальций-фосфатного покрытия с высоким содержанием кальция для использования в ортопедии и травматологии.

Данная работа носит прикладной характер. Результатом данной работы является разработка Са-Р покрытия с высоким содержанием кальция и полная аттестация биоматериала «титан - Са-Р покрытие», которая показала, что данный материал может быть использован в травматологии и ортопедии при лечении различных травм и при остеосинтезе. Апробация работы:

По результатам исследований были сделаны доклады на следующих конференциях: European Medical and Biological Engineering and Computing Congress EMBEC'99, - Vienna, Austria, 1999; The European Bioceramics Conference, - Bologna, Italy, 2000; Sixth World Biomaterials Congress, - Hawaii, USA, 2000г.; VII Российская научная студенческая конференция, - Томск, ТГУ, Россия, 2000г.; I Международная студенческая конференция, - Томск, ТПУ, Россия, 2001г.; Международная конференция физико-химия ультрадисперсных (нано) систем, -Томск, Россия, 2001г.; Межведомственный семинар «Новые технологии в медицине», - Новосибирск, Россия, 2001г.; VII International conference CADAMT'2003r., - Tomsk, Russia; Научная конференция по итогам работы в 2003г. в рамках Программы «Фундаментальные науки - медицине», - Москва, Россия, 2003г.; Всероссийская молодежная научная конференция «Материаловедение, технологии и экология в III тысячелетии», - Томск, Россия, 2003г.; X Юбилейная международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», - Томск, ТПУ, Россия, 2004г.; 8~ Korea - Russia International symposium on science and technology KORUS'2004, - Tomsk, Russia; Ш Международная конференция «Фазовые превращения и прочность кристаллов», - Черноголовка, Россия, 2004г.; XLIII Международная конференция «Актуальные проблемы прочности», - Витебск, Беларусь, 2004г.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 23 печатных работы, из них 8 статей в центральных российских и зарубежных журналах и 8 статей в сборниках трудов российских и международных конференций,

Работа выполнена в рамках комплексного проекта ИФПМ СО РАН «Исследование роли диффузионно-контролируемых процессов в формировании структуры и упруго-пластических свойств многоуровневых наноструктурных композитов с металлической матрицей. Разработка на их основе перспективных материалов»; при финансовой поддержке следующих программ и грантов: проект №11.1 по Программе Президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине», РФФИ-БРФФИ, грант № 04-02-81038 Ве12004а, РФФИ грант № 05-0332617, РФФИ грант № 05-02-08179офиа. Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка использованной литературы (196 наименований) и приложения. Диссертация изложена на 184 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу и 51 рисунок.

выводы

1. Введение в электролит на основе фосфорной кислоты Н3РО4 и гидро-ксилапатита Саю(Р04)б(0Н)2 карбоната кальция СаСОз обеспечивает дополнительный источник кальция и позволяет повысить содержание кальция в 3 раза по сравнению с ранее применяемыми в медицине покрытиями.

2. Установлено, что дополнительное введение в состав электролита карбоната кальция СаСОз обеспечивает синтез трикальцийфосфата /?-Саз(Р04)2 в покрытии, являющегося "материалом" для роста костной ткани и СаТЮ4, обуславливающего остеокондуктивные свойства покрытия.

3. Установлено, что структурное состояние титановой подложки не оказывает влияния на морфологию и фазовый состав микродуговых кальций-фосфатных покрытий.

4. Термообработка при 1073 К кальций-фосфатных покрытий, сформированных микродуговым методом в электролите на основе фосфорной кислоты Н3РО4, гидроксилапатита Саю(Р04)6(0Н)2 и карбоната кальция СаСОз на подложку из крупнокристаллического титана не приводит к разрушению покрытий, что позволяет их использовать при изготовлении имплантатов с низкой степенью биорезорбции.

5. Нанесение кальций-фосфатных покрытий на поверхность титановой подложки не снижает прочностных свойств биокомпозита «титан - кальций-фосфатное покрытие» по сравнению с «чистым» титаном.

6. Формирование в титановой подложке ульрамелкозернистого состояния существенно повышает прочностные свойства биоматериала в целом. Термообработка при 473 К не оказывает влияния на УМЗ состояние титановой подложки и сохраняет прочностные свойства на требуемом уровне, что позволяет безопасно подвергать стерилизации готовый биоматериал.

7. Кальций-фосфатные покрытия, сформированные микродуговым методом в электролите на основе фосфорной кислоты Н3РО4 и гидроксилапатита Саю(Р04)б(0Н)2 с добавлением карбоната кальция СаСОз на поверхность титана, обладают высокой биологической активностью, способствуют формированию костной ткани и могут успешно использоваться в травматологии и ортопедии.

163

Заключение

Проведенные биологические тестирования показали, что замена подложки из крупнокристаллического титана на УМЗ титан не оказывает какого-то бы ни было влияния на цитотоксические свойства титана.

Формирование на поверхности титана Са-Р покрытий, как в исходном электролите, так и в модифицированном электролите, придают биоматериалу биоактивные свойства, тем самым, повышая его биосовместимость.

1. Lacefield W. An introduction in bioceramics. New-York. 1996. - p. 375.

2. И. А. Щепеткин. Кальций-фосфатные материалы в биологических средах // Успехи современной биологии. 1995, том 115, - №1, - с. 60 - 73.

3. Б. А. Жилкин, Ю. И. Денисов-Никольский, А. А. Докторов. Структурная организация минерального компонента пластинчатой кости и процесс его формирования // Успехи современной биологии. 2003, том 123, - №6, - с. 590 - 598.

4. А. В. Карлов, В. П. Шахов. Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики. Томск. 2001. - 478 с.

5. Larry L. Hench. Bioceramics // Journal of the American ceramics Society. Vol. 81. №7. 1998. p. 1705-1725.

6. Лысенок Л. H. Остеозамещающие материалы на основе фосфатов кальция в зеркале биоматериаловедения // Новое в стоматологии, 1997, спец. выпуск, № 6 (56),-с. 61-73.

7. Н. М. Лонгинова, Н. А. Козырева, С. В. Липочкин. Физико-химические свойства гидроксилапатита, полученного методом осаждения // Стекло и керамика. 2000,-№5,-с. 24-25.

8. Е. Ф. Медведев. Керамические и стеклокерамические материалы для костных имплантатов // Стекло и керамика, 1993, № 2, - с. 18 - 20.

9. В. К. Попов, А. П. Краснов, А. И. Воложин, С. М. Хоудл. Новые биоактивные композиты для регенерации костных тканей // Перспективные материалы. 2004, №4, - с. 49 - 57.

10. Трезубов В. Н., Штейнгарт М. 3., МишневЛ. М. Прикладное материаловедение. Учебник для стоматологических ВУЗов. СПб.: Специальная литература, 1999.-324 с.

11. ThullR. Naturwissenschaftliche Aspekte von Werkstoffen in der Medizin // Naturwissenschaften. 1994. -№ 81. - S. 481 - 488.

12. П. Д. Саркисов, H. Ю. Михайленко, В. M. Хавала. Биологическая активность материалов на основе стекла и ситаллов // Стекло и керамика, 1993, -№ 9 10, - с. 5 - 11

13. JI. Лысенок. Путь от открытия до теоретических концепций Колумба биокерамики профессора Ларри Хенча. Проблемы современного биоматериаловедения (обзор) // Клиническая имплантология и стоматология. 1997, - № 9, - с. 59 -63.

14. Биосовместимость. Под ред. В. И. Севастьянова. М., 1999, 368 с.

15. Б. И. Белецкий, В. И. Шумский, А. А. Никитин, Е. Б. Власова. Биокомпозиционные кальцийфосфатные материалы в костно-пластической хирургии //

16. Стекло и керамика. 2000, №9, - с. 35 - 37.

17. Е. Ф. Медведев. Керамические и стеклокерамические материалы для костных имплантатов // Стекло и керамика. 1993, №2, - с. 18 - 20.

18. Чумаевский И. А., Орловский В. П., Ежова Ж. А., Минаева Н. А., Родиче* ва Г. В., Стеблевский А. В., Суханова Г. Е. Синтез и колебательные спектры ® гидроксилапатита кальция // Журнал неорганической химии. 1992, том 37. выпуск 7, - с. 1455 - 1457.

19. Орловский В. П., Суханова Г. Е., Ежова Ж. А., Родичева Г. В. Гидроксиапа-титовая биокерамика // Журнал Всесоюз. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева. 1991, том 36, №6, - 683 - 688.

20. В. В. Трофимов, В. А. Клименов, В. Б. Казимировская, JL А. Мансурова. Ис-® следование биологической совместимости гидроксиапатита // Клиническая имплантология и стоматология. 1996, № 5, - с. 20 - 22.

21. Cao W., Hench L. L. Bioactive materials // J. Mater. Sci. 1996. V.22, №6, - p.493 507.

22. Кибальчиц В., Комаров В. Ф. Экспресс-синтез кристаллов гидроксиапатита // Журнал неорг. химии. 1980. Т. 25, № 2, - с.565 - 567.

23. Kokubo Т. Potential of ceramics as biomaterials // Ceramics and Society. 1995.

24. Орловский В. П., Ежова Ж. А., Родичева Г. В. и др. Структурные превращения гидроксиапатита в температурном интервале 100 1600°С. // Журнал неорг. химии. 1990. Т. 34, - № 5, - с. 1337.

25. Орловский В. П., В. С. Комлев, С. М. Баринов. Гидроксоапатит и керамика• на его основе //Неорганические материалы. 2002, том 38, - №10, - с. 1159 — 1172.

26. А. Ю. Малышева, Б.И.Белецкий. Регулирование биологической совместимости апатитсодержащих имплантационных материалов // Неорганические материалы. 2001, том 37, - №2, - с. 233 - 236.

27. Yoshio A., Toshihito K., Yoshohiro A. Sinteringand behaviour at compression of cerawmics with skeleton form {3-TCP // J. Am. Ceram. Soc. 1997, V. 80, -№ 1, - p.• 225-231.

28. Legeros R. Z. Variability of P-TCP/YAP ratios in sinters "apatites" // Dent. Res. 1986,-V. 65, p.292.

29. J. Moore. Phosphate minerals. Berlin, 1984, - 420 p.

30. Швед С. И. Кальцийфосфатные материалы в биологическиз средах // Успехи современной биологии. 1995, т. 115, - вып. 1, - с. 58 - 73.

31. Леонтьев В. К. Биологически активные синтетические кальцийфосфатсо-держащие материалы для стоматологии // Стоматология. 1996, т. 75, - №5, - с. 4-6.

32. JL А. Иванченко, Н. Д. Пинчук, А. А. Крупа, Т. И. Фальковская. Структура и свойства композиционного материала на основе гидроксилапатита // Стекло и керамика. 2003, -№6, с. 30-31.

33. А. Ю. Малышева, Б. И.Белецкий, Е. Б. Власова. Структура и свойства композиционных материалов медицинского назначения // Стекло и керамика. 2001,- №2, с. 28-31.

34. В. Н. Анциферов, С. Н. Пещеренко. Пористые вещества как новый класс материалов // Перспективные материалы. 2000, №5, - с. 5 - 8.

35. CorreiaR. N., Magalhaes M.C.F., Marques P.A.A.p. Wet syntesis and characterization of modified hydroxyapatite powders. // 12- European conference on biomate-rials, Porto, Portugal; 1995. - p.61.

36. Guicheux J., Grimandi G., Trecant M., Faivre A., Takahashi S., Daculsi G. Bi-phasic calcium phosphate ceramics as a bone drag delivery system for human growth hormone. // 12- European conference on biomaterials, Porto, Portugal; 1995. -p.45.

37. Hing K. A., Lee D., Best S. M., Bonfield W. An in vitro study of the response of osteoblasts to porous hydroxyapatite. // 12- European conference on biomaterials, -Porto, Portugal; 1995.-p. 146.

38. Neom M., Voigt C., Herbst., Gross U. Osteoblastic reaction at the inteface between surface-active materials and bone: a study using in situ hybridization. // 12-European conference on biomaterials, Porto, Portugal; 1995. - p. 166.

39. Lutao E., Barbosa M. A. de Groot K. In vitro calcification on orthopaedic implant materials. // 12- European conference on biomaterials, Porto, Portugal; 1995. -p.61.

40. Bohne W., Poezat J. A., Daculsi G. Morphological consequences of heating process on Ca/P crystals and biological considerations. // 4th World Biomaterials Congress Berlin abstract. 1992. - p. 1.

41. Delecrin J., Passuti N., Poyer J., Daculsi G., Maugars Y. Biphasic calcium phosphate as a bone graft substitute for spine fusion: stiffness evaluatuin. // 4th World Biomaterials Congress Berlin abstract. 1992. - p. 644.

42. В. В. Шумкова, В. M. Погребенков, А. В. Карлов, В. В. Козин, В. И. Верещагин. Гидроксилапатит волластонитовая биокерамика // Стекло и керамика. 2000,-№10,-с. 18-20.

43. Trecant М., Delecrin J., NguenJ. М., RoyerJ., Passuti., Daculsi G. Influence of post- implantation physico-chemical changes in a macro-porous ceramic on its mechanical strength. // 12- European conference on biomaterials, Porto, Portugal; 1995.-p.98.

44. Pietters Y., Verbeeck R. M. Carbonate incorporation in homogeneously precipitated calcium hydroyapatite obtained by hydrolysis of octacalciumphosphate. // 12-European conference on biomaterials, Porto, Portugal; 1995. - p.78.

45. Gratti A. M., LeGeros R. Z., Monare E., Tanza D. Transformation of different calcium phosphates after implantition. // Proceedings of the 13- Int. Symp. on ceramics in medicine, Bologna, Italy; 2000. - pp. 409 - 421.

46. Mainard D., Galois L., Bordji K., Clement D. & Delagoutte J. P. Врастание кости в пористую керамику с различным размером пор // Proc. Fifth World Biomate-rial Congress. Toronto (Canada). - 1996. - p. - 429.

47. Jansen J. A., Caullier H., Wolke J.G.C., Kalk W., Naert L. A histological and his-timorphometrical evaluation of calciumphosphate (Ca-P) coated maxillary implants. // 12- European conference on biomaterials, Porto, Portugal; 1995. - p. 53.

48. ThullR. Werkstoffkundiche Oberlacheneigenschaften knochenimplantier-barier Biomaterialien // Jahrbuch fur Orale Implantologie, Quntessenz Verlag. 1994. - S. 55-69.

49. Гуляев А. П. Металловедение. -M.: «Металлургия», 1977. 648 с.

50. Лахтин Ю. М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М.: «Машиностроение», 1990. - 528 с.

51. Технология редких и рассеянных элементов. М.: Химия, 1978. - 344 с.

52. Thull R. Implantatwerkstoffen fur die Endoprothetik. Berlin: Schiele und Schon.

53. Ikarashi Y., Tsuchiya Т., Nakamura A. Tissue reactions and sensitization of chromium, titanium and zirconium alloys // Proc. Fifth World biomaterials Congress. Toronto (Canada). - 1996. - P. 10.

54. Medical applications of titanium and its alloys: the material and biological issues. American Society for Testing and Materials, USA; 1996. 475 p.

55. Steinemann S. G., Persen S. M. Titanium Alloys as Metallic Biomaterials // Ti'84 Science and Techology, DGM, 1984.

56. Корнилов И. И. Титан. Источники, составы, свойства, металлохимия и применение. М.: Наука, 1975. - 308 с.

57. Томашев Н. Д., Альтовский Р. М. Коррозия и защита титана. М.: Машгиз, 1963.

58. Лучинский Г. П. Химия титана. М.: Химия, 1971.

59. Щербаков А. М. Кинетика растворения титана и влияние легирующих добавок иттрия, лантана и церия на кинетические параметры // Защита металлов, -М.; том 36. №3, - с. 255 - 257.

60. Цвиккер У. Титан и его сплавы. М.: «Металлургия», 1979. - 512 с.

61. Солонина О.П., Глазунов С. Г. Титановые сплавы. Жаропрочные титановые сплавы. М.: Металлургия, 1976. - 448 с.

62. Колачев Б. А. и др. Механические свойства титана и его сплавов. М.: Металловедение, 1974.-543 с.

63. Thull R. The long-term stability of metallic materials for use in joint endoprothe-ses // Medical progress through technology, Springer-Verlag. 1977. - № 5. - p. 103 -112.

64. Глазунов С. Г., Моисеев В. Н. Титановые сплавы. Конструкционные титановые сплавы. М.: Металлургия, 1974. - 368 с.

65. Tiimmler Н. P. Oberflascheneigenschaften von Titan und Tantal fur Implantante. Dissertation FAU. Universitat Erlangen-Niirnberg, 1986.

66. Улумбекова Э. Г., Челышева Ю. А. Гистология (введение в патологию). -М.: ГЭОТАР, 1997.-960 с.

67. Thull R. Titan in der Zahnheilkunde-Grundlangen // Z. Mitteilungen. 1992. - V. 82.-S. 39-45.

68. Томашев H. Д. Теория коррозии и защиты металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1960.

69. Breme J., Zhou Y. Metall/Keramik Verbundwerkstoffe fur die Medizintechnik, insbesondere fur die Endoprothetik // Die zementierete Huftendoprothese.-1994.-B.15.-S.77-85.

70. Вильяме Д. Ф., Роуф P. Имплантаты в хирургии. М.: Медицина, 1978. — 552 с.

71. Elagli К., Hildebrand Н. P., Breme J. Biocompatibility tests of titanium alloys in a cell culture system // Proc. Congree Mondial d'lmplantologie et de Biomateriaux. -Paris, 1989.

72. Maeusli P. A., Bloch P. R., Geret V. Surface Characterization of Titanium and Tith

73. Alloys. Biological and Biomechanical Perfomance of Biomaterials // Proc. of the 5 European Conference on Biomaterials. Paris (France), 1985.

74. Thull R. Naturwissenschaftliche Aspekte von Werkstoffen in der Medizin // Na-turwissenschaften. 1994. - № 81. - S. 481 - 488.

75. Solar R. I., Pollack S. R., Karostoff E. In vitro corrosion testing of titanium surgical implant alloys: An approach to understanding titanium release from implants // J. Biomed. Mater. 1979. - №13. - p. 217.

76. Ellingsen J. E. Pre-treatment of titanium implants with sodium fluoride improvesththeir retention in bone. // 12ш European conference on biomaterials, Porto, Portugal; 1995.-p.37.

77. Smith G. K. Systematic biocompatibility of metallic surgical implants / Systematic Aspects of Biocompatibility / D. F. Williams, Ed. CRC Press inc. Boca Raton, Florida, 1981.-V. II.-p. 1-22.

78. Gomi K., Saiton S., Kanazashi M., Arai Т., Nakamura J. The effects of titanium surface roughness on cell morphology // Proc. Fifth World Biomaterial Congress. -Toronto (Canada). 1996. - p. - 741.

79. Латыш В. В., Мухаммедов Ф. Ф., Рааб Г. И., Валиев Р. 3. Разработка и исследование технологических методов получения нанокристаллического титана для ортопедии и травматологии // Актуальные вопросы ортопедии и травматологии. Уфа. - 1997. - с. 74 - 79.

80. Морохов И. Д., Трусов Л. Д., Лаповок В. И. Физические явления в ультрадисперсных средах. М.: Наука, 1984.

81. Kolobov Yu. R., Karlov A. V., Kashin O.A. et al. Development of submicrocrys-talline titanium with bioactive coatings for producing of orthopaedics implats // 6th World Biomaterials Congress Kamuela. Hawaii, 2000. - h. 1224.

82. Валиев P. 3., Александров И. В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. М.: Логос, 2000. - 272 е.: ил.

83. Зернограничная диффузия и свойства наноструктурных материалов /Ю. Р. Колобов, Р. 3. Валиев, Г.П. Грабовецкая и др. Новосибирск: Наука, 2001. -232 с.

84. Ю. Р. Колобов, О. А. Кашин, Е. Ф. Дударев, Р. 3. Валиев, В. В. Столяров, Е.Е., Сагымбаев. Высокопрочный Наноструктурный титан для медицинских имплантатов // Перспективные материалы. 2001, №6, - с. 55 - 60.

85. Ю. П. Шаркеев, А. Д. Братчиков, Ю. Р. Колобов, А. Ю. Ерошенко, Е. В. Легостаева. Наноструктурный титан биомедицинского назначения // Физическая мезомеханика, 2004, том 7, спец. выпуск с. 107 - 110.

86. GleiterH. Nanostructured materials: state of the art and perspectives // Nanos-tructured materials. 1995. - V. 6. - №1 - 4. - P. 3 - 14.

87. Birringer R., HerrU., GleiterH. Nanocrystalline materials a first report // Trans. Japan Inst. Met. - 1986. - № 27. - P. 43 - 52.

88. Андриевский P. А., Глезер A. M. Размерные эффекты в нанокристалличе-ских материалах. II. Механические и физические свойства. // ФММ. 2000. Т. 89. №1. С. 91-112.

89. Сагымбаев Е. Е. Закономерности формирования структуры и свойства композитов титановый сплав биопокрытие. Автореферат канд. техн. наук. — Томск, 2001.

90. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1979. -с 345.

91. Левина Э. Н. Кобальт и его соединения / Вредные вещества в промышленности.-Л.: Химия, 1977.-с. 531 -543.

92. Левина Э. Н. Никель и его соединения / Вредные вещества в промышленности. — Л.: Химия, 1977. с. 531 - 543.

93. Л. Войнар. Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека. М.: Наука. 1960.

94. Сайфуллин Р. С. Неорганические композиционные материалы. М.: Химия, 1983.-304 с.

95. Шаталин А. С., Ромашин А.Г. Новые конструкционные материалы на основе керамики и композитов с керамической матрицей. Часть I. Конструкционные керамические материалы. // Перспективные материалы. 2001. - №4. - с. 5 -16.

96. С. О. Гладков. Математическое описание свойств композитов как самоорганизующихся систем // Перспективные материалы. 2000, №1, - с. 16-20.

97. Антропов JI. И., Лебединский Ю. Н. Композиционные электрохимические покрытия и материалы. Киев: «Техника», 1986. 200 с.

98. К. И. Портной, С. Е. Салибеков, И. Л. Свелов, В. М. Чубаров. Структура и свойства композиционных материалов. -М.: Машиностроение, 1978. 255 с.

99. Р. С. Сайфуллин. Композиционные покрытия и материалы. М.: Химия,1977.-272 с.

100. А. Меткалф. Поверхности раздела в металлических композитах. М.: Мир,1978.-437 с.

101. А. Меткалф. Композиционные материалы с металлической матрицей. М.: Машиностроение, 1978. - 594 с.

102. Geesink R. G. Т. Ten years of НА, what we know // 9th symposium of the international society fortechnjlogy in arthroplasty. 1996, - p. 10.

103. Klaas deGroot, JansenJ. A., WolkeJ. G. C., Klein С. P. А. Т., van Blitterswijk C. A. Developments in bioactive coatings // Hydroxilapatite coatings in orthopaedics surgery.- New-York.-1993.-p 49.-62.

104. Breme J., Zhou Y., Hildebrand H. F. Herstellung und eigenschaften optimierter Hydroxilapatitschichten auf Titanwerkstoffen // Biomedizinische Technik.-1995.-B.40.-S.41-42.

105. Breme J., Zhou Y., Groh L. Development of titanium alloy suitable for an optimized coating with hydroxilapatite // Biomaterials.-1995.- № 16.-p. 144-239.

106. Geesink R. G. T. Hydroxilapatite coated hip implants: Experimentalstadies. Hydroxilapatite coatings in Orthopaedics Surgery//-New-York. 1993. - p. 151 - 170.

107. Miyazaki Т., Fujimori S., Suzuki M., Surface analysis and biocompatibility test of hydroxyapatite coating on titanium. // 4,h World Biomaterials Congress Berlin abstract. 1992.-p. 501.

108. Ogiso M., Yamamura M., Kuo P., Lee R., Borgese D. Comporative in vivo push out test of dense hydroyapatite implant and hydroyapatite coated implant. // 12-European conference on biomaterials, Porto, Portugal; 1995. - p.74.

109. Tuantuan Li, Junhee Lee., Hideki Aoki. Hydroyapatite coatings by dipping method and bone bonding strength. // 12- European conference on biomaterials, -Porto, Portugal; 1995. p.63.

110. Thull R. Development and electrochemical evaluation of two PVD- coatings for implants of titanium // Annual inernational conference of the IEEE engineering in medicine and biology society.-1991.- № 13.-p. 1477 1478.

111. HollekH. Neue Entwicklungen bei PVD- Hartstoffeschichtungen // Metall.-1989.-№ 43.-s.614 624.

112. Thull R. Hartstoffbeschichtungen fur Zahnimplantate zur Verhinderung von Reibkorrosion bei Mikrobewegungen // Z.Zahnarztl Implantol. 1993. - В. IX. - S. 275-280.

113. Filiaggi M. J., Coombs N.A., Pilliar R.M. Characterisation of the interface in the plasmasprayed HA coating / Ti6A14V implant system // J. of Biomed Mat. Res.1991.-№25.-pp. 1211 1229.

114. GabbiC., Borgetti P., Cacchiolli A., Antolotti N., Pitteri S. Physical, chemical and biological characterization of hydroxyapatite coatings of diffentiated crystallinity. // 4th World Biomaterials Congress Berlin abstract. 1992. - p. 5.

115. Cristoffersen J., Christoffersen M. R., JohansenT. Calciun hydroxyapatite: formation and surface reactions. // 12- European conference on biomaterials, Porto, Portugal; 1995. -p.14.

116. Barrere F., Stiger M., Zayrolli P., van Blitterswijk C. A. and de Groot K. In vitro dissolution of various calcium phosphate coatings on Ti6A14V. // Proceedings of the 13- Int. Symp. on ceramics in medicine, Bologna, Italy; 2000: - pp. 67 - 70.

117. Frayssinet P., Hardy D., Delince. Histological analysis if an unfailed HA-coated prothesis implanted for 50 months in human. // 12- European conference on biomaterials, Porto, Portugal; 1995. - p.134.

118. LeitaoE., Barbosa M.A., de Groot K. In vitro calcification of orthopaedic implant materials. // 12- European conference on biomaterials, Porto, Portugal; 1995. -p.61.

119. Sousa S. R., Barbosa M.A. The effect of hydroxyapatite thickness on metal ion release from stainless steel substrates. // 12- European conference on biomaterials, -Porto, Portugal; 1995. p.93.

120. M. Бобкова. Технология тонкой керамики. Минск: Высшая школа, - 1986,- 324 с.

121. Калита В. И. Физика и химия формирования биоинертных и биоактивных поверхностей на имплантатах // Физика и химия обработка материалов. 2000.- №5.-с. 28-45.

122. Serecklan P. Process of application of hydroxylapatite coatings // Hydroxilapa-tite coatings in orthopaedics surgery.- New-York.-1993.-p81-87

123. WengJ., Zhang X., LiuX., MaZ., Ji X., Zyman Z. Further stadies on the plasma-sprayed amorphons phase in hydroxilapatite coatings and it's deamorphiza-tion // Biomaterials. 1993. - № 14. - p. 578 - 582.

124. Rie K.-T., Gebauer A. Plasma assisted chemical vapour deposition of hard coatings with metall-organic compouds //Materials science and engineering. -1991. № 139.-p.61 -66 .

125. Клименов В. А., Иванов А.Б., Карлов A.B. и др. Структура и фазовый состав апатитовых покрытий на имплантатах при плазменном напылении // Перспективные материалы.- Москва.-1997.-:№ 5.- с.44- 49.

126. Ohtsuka Y., Matsuura M. Formation of hydroxilapatite coatings on pure titanium substrates by ion beam dynamic mixing // Surface and coating technology. -1994.-№65.-pp. 224-230.

127. Гордиенко П. С., Василевский В. А., Железнов В. В. Исследование внедре-® ния фосфора в оксидное покрытие титана при электрохимическом оксидировании// Электронная обработка материалов. 1991. -№ 4. - с. 21 -24.

128. Черненко В. И., Снежко Л. А., Папанова И. И. Получение покрытий анод* ноискровым электролизом. Л. : Химия, 1991. - 128 с.

129. Булычев С. И., Федоров В. А., Данилевский В. П. Кинетика формирования покрытий в процессе МДО // Физика и химия обработки металлов. -1993. -№ 6. -с. 53 -59.

130. Петросянц А.А., Малышев В. Н., ФедеровВ.А., Марков Г. А. Кинетикаф изнашивания покрытий, нанесенных методом микродугового оксидирования //

131. Трение и износ.- 1984. Т.5. - № 2. - с. 20 - 21.

132. Малышев В. Н., Булычев С. И. и др. Физико-химические характеристики и Щ износостойкость покрытий, нанесенных методом МДО // Физика и химия обработки материалов. 1985. - № 1. - с. 82.

133. Атрощенко Э. С., Казанцев И. А., Розен А. Е., Голованова Н.В. Области применения и свойства покрытий, получаемых микродуговым оксидированиемtb // Физика и химия обработки материалов. 1996. - № 3. - с. 8 - 11.

134. Ф 151. Гнеденков С. В., Формирование покрытий на титане методом МДО, их состав и свойства. Автореферат канд. хим. наук. Владивосток, 1988.

135. Гордиенко П. С., Гнеденков С. В., Синебрюхов С. Л., Гудовцева В. О. Ан-k тикоррозионные, электрохимические свойства МДО-покрытий на титане //

136. Электронная обработка материалов. 1993. - № 1 (169). - с. 21 -25.

137. Гордиенко П. С., Гнеденков С. В., Синебрюхов С. Л., Завидная А. Г. О механизме роста МДО покрытий на титане // - Электронная обработка материалов.- 1991.-№ 2.-е. 42-46.т

138. Гордиенко П. С., Гнеденков С. В., Хрисанфова О. А., Коныиин В. В., Вос-трикова Н. Г., Чернышев Б. Н. Формирование износостойких покрытий на титане // Электронная обработка материалов. 1990. - № 5. - с. 32 - 35.

139. Fujimori S., Ikarashi Н., Suzuki М and Miyzaki Т. Thin calcium phosphate coatings on titanium by spark discharging in an electrolyte // Proc. Fifth World Biomate-rials Congress. Toronto ( Canada). - 1996. - p. 220.

140. Мамаев A. E., Выборнова С. H., Мамаева В. А. Получение биокерамических покрытий на титане методом микродугового оксидирования и исследование их свойств // Перспективные материалы.- Москва.- 1998.-№6.- с.31-38.

141. Мамаев А. Е., Бутягин П. И. Формирование слоистых градиентных покрытий на алюминии и его сплавах. // Физика и химия обработки материалов.- Москва.- 1998.-№2.- с.51-59.

142. Thull R. Elektrochemische Prufungen von (Ti, Nb)ON beschichteten Dental-legierungen zur Qualitatssicherung // Biomedizinische Technik. - 1991. - № 36. - S. 214-221.

143. John F. K., Stephen D. Cook. Biological profile of calcium-phosphate coatings // Hydroxilapatite coatings in orthopaedics surgery.- New-York.-1993.-p 89-106.

144. Haddow D. В., James P. F., Kothari S., vanNoortR. Characteriszation of sol-gel surfaces for biomedical applications. // 12- European conference on biomaterials, Porto, Portugal; 1995. - p.46.

145. Lausmaa J. The role of surface oxides properties in biological reaction to titanium. // 12- European conference on biomaterials, Porto, Portugal; 1995. - Ciapetti

146. G., Cenni E., Stea S., Pizzoferrato A. Cell-material interaction: in vitro evaluation MTT assay. // 12- European conference on biomaterials, Porto, Portugal; 1995. -p.375.

147. Breme J., WaldewitzV., Burger K. Verbund Titanlegirungen/ A1203 Keramikfur dentale Implantate Entwicklung geeineter Legierungen. StoffVerbunde in Technik und Medizin. Oberursel, 1989.

148. Powder Diffraction File Data Cards, Inorganic Sections, Sets 1 -34, American

149. Society for Testing aterials, Swarthmore, PA.

150. Палатник JI.C. и др. Поры в пленках. -М.: Энергоиздат, 1982.

151. Поветкин В. В., Ковенский И.М. Структура электролитических покрытий. -М.: Металлургия, 1989.

152. X. Вашуль. Практическая металлография. М.: Металлугрия, 1988. 320 с. ф Цобкалло С. О., Баландин Ю. Ф. Новый прибор ППУ-1 для измерения пределаупругости и упругого последействия листовых материалов // Измерительная техника. 1959. - №2, - с. 26 - 31.

153. И. И. Жуковец. Механические испытания металлов. М.: Высшая школа, 1980.- 191 с.

154. В. П. Шахов, И. А. Хлусов, Г. Ц. Дамбаев, К.В.Зайцев, А.Б.Егоров, С. С. Шахова, JI. В. Загребин, С. А. Волгушев. Введение в культуры клеток, биоинженерию органов и тканей. Томск: STT, 2004. - 386 с.

155. Schaschkina G. Untersuchung der elektrochemischen Eigenschaften von Titan mit bioinerten und bioactiven Schichten // Biomedizinische Technik. Liibeck, Deutschland, 2000, Band 45, Erganzungband 1, - s. 537 - 538.

156. Шашкина Г. А., Шаркеев Ю. П., Колобов Ю.Р. Формирование биокерами-® ческих покрытий с высоким содержанием кальция на титане // Перспективныематериалы, 2005, №1, - с. 41 - 46.

157. Стромберг А. Г. Семченко Д. П. Физическая химия. Учебник для ВУЗов.

158. М.: Высшая школа, 1999. 527 с.

159. Карапетьянц М. X., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия: Учебник для химико-технологических специальностей. М.: Химия, 1993. - 588 с.

160. JI. Н. Мизеровский, В.В.Виноградов, О.П.Акаев. Электропроводностьсистемы Н20 Н3РО4 и концентрационные особенности ее взаимодействия с ф целлюлозой // Химия и химическая технология, 2001, том 44, вып. 1, - с. 50 53.

161. Клинические и фундаментальные аспекты ортопедии и травматологии. Сборник статей, посвященных 10-летию ЦОиММ ТНЦ СО РАН. Томск, 2003, 164 с.

162. Шашкина Г. А. Исследование биоактивных кальцийфосфатных покрытий на титане, сформированных методом микродугового разряда // Сборник тезисов

163. Фу VII Российской научной студенческой конференции «Физика твердого тела»

164. Томск, ТГУ, Россия, 2000, с. 94.

165. Шашкина Г. А. Структура и фазовый состав биокерамических покрытий на титане // Сборник тезисов II Международной студенческой конференции «Химия и химическая технология в XXI веке», Томск, ТПУ, Россия, 227 с.

166. Золтарский В. С. Механические испытания и свойства металлов. М. «Металлургия», 1974.-305 с.

167. В. М. Горицкий, В. Ф. Терентьев. Структура и усталостное разрушение ме таллов. М.: Металлургия, 208 с.

168. Абросимов В. Г., Лапцевич В. Н. Способ оценки адгезионной стойкости упрочняющих покрытий к водородному износу / Описание изобретения к патенту Российской Федерации RU 2037807 С1.

169. РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ МЕДИЦИНСКИХ НАУК

170. СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Приложение 1

171. Томский научный центр Центр ортопедии и медицинского материаловедения

172. Россия, 634029, Томск пер. Плеханова, 5

173. Fax: (382 2) 532440 Тел.: (382 2} 528165 Клиника: (382 2) 558746 E-mail: оПкч'Г//чд>тт («insk.ru3 or 12 января 200(> г.1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

174. Член Постоянного Международного

175. Научного Комитета (Италия),

176. Лауреат премии им. Жака Дк^парг» (EFFORT- 2005),

177. Профессор новосибирскоф^фу^йрст^ного

178. Медицинского Университета /?д.м. н ■ ЩЩ,'''''IP" -угГ А.В. Карлов