автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.02, диссертация на тему:Синтез гидроксиапатита и формирование биоактивных покрытий из композиционных материалов на его основе и сверхвысокомолекулярного полиэтилена на титане

На правах рукописи

Г¡V

Леонова Лилия Александровна

СИНТЕЗ ГИДРОКСИАПАТИТА И ФОРМИРОВАНИЕ БИОАКТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ЕГО ОСНОВЕ И СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА НА ТИТАНЕ

Специальность: 05.17.02. - Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск-2010

004604399

Работа выполнена на кафедре «Химическая технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов» Национального исследовательского Томского политехнического университета

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Гузеева Татьяна Ивановна Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Хабас Тамара Андреевна

кандидат технических наук Андреев Владимир Александрович

Ведущая организация: Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, г. Новосибирск

Защита состоится 18 июня 2010 г. в 14 — часов в ауд. 332 корп. 10 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДС 212.025.03 при Национальном исследовательском Томском политехническом университете по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального исследовательского Томского политехнического университета.

Автореферат разослан 14 мая 2010 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций

доктор химических наук «т- • ' Гг—т- ЖеринИ.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последние годы значительное внимание уделяется улучшению качества и увеличению продолжительности человеческой жизни. Травматизм, поражения и заболевания суставов представляют собой глобальную медико-социальную проблему. Самым эффективным способом лечения и восстановления целостности костной ткани в этом случае является эндопротезирование. Одним из возможных путей решения данной проблемы является создание биоактивных покрытий на металлических имплантатах. Имплантаты в биоактивном исполнении позволяют сократить сроки лечения при тяжелых заболеваниях и исключить отторжение последних.

По существующей технологии, биопокрытия на титановых имплантатах получают электрохимическими методами, а также методами плазменного, магнетронного, лазерного напыления биоактивного материала. Высокоэнергетические воздействия, характерные для данных методов, приводят к частичной деструкции биоактивного материала и снижению его эффективности. Кроме этого для нанесения покрытий используется сложное дорогостоящее оборудование, эксплуатация которого требует высококвалифицированного персонала, специально оборудованных помещений и т.д., что приводит к удорожанию готовой продукции.

В настоящее время в качестве биоактивного материала для покрытий эндопротезов применяют, главным образом, гидроксиапатит (ГА), получаемый обжигом костей крупного рогатого скота с последующим измельчением. При этом получают порошки с широким спектром дисперсности и включающие частицы размером до 50-100 мкм. Синтез искусственного ГА осуществляют, преимущественно, осаждением из водных растворов солей кальция гидрофосфатом аммония. По данному методу образуются аморфизированные труднофильтруемые осадки гид-роксиапатита переменного состава, которые в процессе сушки агломерируются, спекаются и, как следствие, требуют дополнительного измельчения.

Поэтому исследование и разработка новых методов синтеза мелкокристаллического гидроксиапатита, недорогих и технологических способов формирования биоактивных покрытий на титане из композиционных материалов является задачей актуальной и востребованной.

Данная работа выполнялась в рамках приоритетного направления развития науки и техники в РФ «Индустрия наносистем и материалов», и соответствует критической технологии «Технологии создания биосовместимых материалов», утверждённых Президентом РФ приказом №

Пр-843 от 21.05.06 г. и распоряжением № 1243-р от 25.08.2008 г., соответственно; при сотрудничестве с филиалом «Российского научного центра восстановительной травматологии и ортопедии имени академика Г.А. Илизарова», г. Томск и «Центром ортопедии и медицинского материаловедения» РАМН РФ, г. Томск и поддержана программой «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Целью работы является изучение физико-химических закономерностей синтеза гидроксиапатита и разработка технологии создания на титане биоактивных покрытий на основе синтетического гидроксиапатита и сверхвысокомолекулярного полиэтилена.

В соответствие с поставленной целью определены задачи исследований:

1. Разработка методики и определение оптимальных условий синтеза гидроксиапатита стехиометрического состава для дальнейшего использования его при создании биоактивного покрытия;

2. Исследование физико-химических закономерностей синтеза гидроксиапатита: термодинамика и механизм формирования гидроксиапатита в процессе осаждения, старения и термической обработки осадка;

3. Разработка селективного травителя для создания микрорельефа на подложках перед нанесением биопокрытия и исследование закономерностей процесса травления титана;

4. Исследование процесса растворения сверхвысокомолекулярного полимера (СВМП) для дальнейшего использования его раствора при формировании биоактивного композиционного покрытия;

5. Исследование процесса получения и формирования биоактивного (ГА-СВМП)-покрытия на титановых подложках.

Научная новизна:

• Исследован новый метод синтеза гидроксиапатита с использованием комплексообразователя и определено влияние условий синтеза на получение порошка ГА со стехиометрическим соотношением кальция и фосфора;

• Впервые с использованием методов сравнения и подобия рассчитаны термодинамические характеристики гидроксиапатита: энтальпия и энтропия, и выполнен термодинамический анализ его синтеза;

• Исследовано формирование гидроксиапатита в процессе гомогенного осаждения;

• Исследована кинетика химического травления титана в травителе нового состава на основе фосфорной кислоты и фторида аммония. Оп-

ределены оптимальные составы травителей и их влияние на микрорельеф поверхности титана.

Научная новизна подтверждается положительными решениями о выдаче патентов РФ на изобретения.

Практическая ценность работы:

• Разработан способ синтеза мелкокристаллического гидроксиапа-тита с соотношением кальция к фосфору, как в биологическом (1,67), определены оптимальные параметры данного процесса;

• Полученный порошок синтетического гидроксиапатита может применяться как биоматериал для покрытий имплантатов и эндопроте-зов, так и в качестве пломбировочного материала в стоматологии, а также в качестве БАД;

• Разработан селективный травитель для титана, позволяющий регулировать толщину стравленного слоя и формировать рельеф на поверхности титана с необходимой шероховатостью;

• Разработан способ получения биоактивных композиционных покрытий на основе гидроксиапатита и полимерной матрицы из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, предложены составы.

Практическая ценность подтверждается справкой об использовании результатов исследований.

Реализация результатов работы. Синтезированный гидроксиапа-тит после токсикологической экспертизы опробован в качестве материала покрытия эндопротезов в исследовательском центре Клинической больницы № 81 ФМБА России (г. Северск).

Положения, выносимые на защиту:

1. Значения термодинамических параметров ГА и гидрофосфата аммония - энтальпия и энтропия, рассчитанные методом подобия; результаты термодинамического анализа синтеза ГА;

2. Метод синтеза гидроксиапатита, позволяющий получать соединение с требуемым соотношением Са/Р и оптимальными технологическими свойствами;

4. Новый состав травителя для титана;

5. Результаты исследований по формированию на титане композиционного покрытия ГА-СВМП.

Апробация работы:

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных, всероссийских и международных конференциях и семинарах: IV Международной научно-практической конференции «Физико-технические проблемы атомной энергетики и про-

мышленности» (Томск, 2007); XIV Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии» (Томск, 2008); IV Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2008); Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» (Москва, 2008); Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2008); Пятнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-15» (Кемерово, 2009); X Юбилейной всероссийской научно-практической конференции аспирантов и студентов «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2009); IX Всероссийской школе-семинаре «Новые материалы. Создание, структура, свойство-2009» (Томск, 2009); Всероссийской научно-практической конференции молодых учёных и специалистов «Приоритетные направления современной российской науки глазами молодых учёных» (Рязань, 2009); VI Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов (Москва, 2009).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 15 работах, в том числе 3 статьях и 5 докладах, и включая 2 положительных решения о выдачи патента РФ.

Структура и объём диссертации. Результаты исследований изложены на 176 листах машинописного текста диссертационной работы и содержит 51 рисунок и 30 таблиц, 177 источников литературы, состоит из введения, четырех глав, заключения, 3 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи исследования, сформулирована научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведена краткая аннотация диссертации по главам.

В первой главе проведен аналитический обзор литературы, охватывающий весь спектр материалов, применяемых в травматологии и ортопедии и для изготовления покрытий медицинского назначения. Также приведены требования, предъявляемые к этим материалам.

Показано преимущество титана для изготовления имплантатов перед другими восстановительными материалами, как по его биосовместимости с живым организмом, так и физическим свойствам. Биоактивности (способности прорастания костной тканью) имплантатов можно добиться благодаря покрытиям из биоактивной керамики. Основу таких покрытий составляет, как правило, гидроксиапатит: биологический, по-

лучаемый из костей крупного рогатого скота, или не уступающий ему по свойствам, синтетический гидроксиапатит.

Обозначена проблема нанесения биопокрытий на основе гидро-ксиапатита на титановые имплантаты. В соответствии с результатами проведенного литературного обзора сформулирована цель и определены задачи исследования.

Вторая глава посвящена синтезу гидроксиапатита Саю(Р04)б(0Н)2. Рассмотрены существующие методы получения синтетического гидроксиапатита (ГА): жидкофазные, твердофазные и гидротермальные. В качестве теоретического обоснования процесса синтеза ГА был проведен термодинамический анализ. Для расчета были использованы значения термодинамических параметров гидроксиапатита, рассчитанные приближенными методами подобия и сравнения.

Был произведен расчет энтальпии образования ГА, отсутствующей в справочной литературе. Результаты расчетов хорошо согласуются с опубликованными в 50-60-х годах XX века экспериментальными данными американских ученых.

В работе использованы методики расчета энтальпии образования гидроксиапатита:

1. По сумме энтальпий ионов его составляющих (Са2+, Р043", ОН"), имеющихся в справочнике, с учетом стехиометрических коэффициентов.

2. По химической формуле сложного соединения гидроксиапатита, с учетом стехиометрии, которую можно представить в виде двух соединений, трикальцийфосфата и гидроксида кальция: Саю(Р04)б(0Н)2 = ЗСа3(Р04)2+Са(ОН)2. Энтальпии образования этих соединений в сумме дают энтальпию ГА.

Результаты произведенных расчетов энтальпии образования гидроксиапатита двумя способами показали хорошую сходимость, что указывает на возможность использования обоих методов. Значение энтальпии образования ГА Л#°298= -13360 кДж/моль.

3. Для расчета энтальпии образования гидроксиапатита предложен новый метод, основанный на сопоставлении значений сходных рядов соединений, для которых термодинамические параметры известны.

Сравнительный анализ значений энтальпий образования кальций-фосфатных соединений, представленных на рис. 1, показал, что энтальпия возрастает с увеличением отношения кальция к фосфору в химической формуле вещества. Данная зависимость приведена на графике. Аппроксимируя данную кривую по уравнению прямой линии, графическим способом определили энтальпию ГА. Меньшее значение энтальпии, определенное графически, по сравнению с расчетными данными,

объясняется следующим образом: сложное соединение гидроксиапатита можно отнести к структуре неорганического полимерного материала, а полученное значение ЛЯ°298 = -4181 кДж/моль может соответствовать одному фрагменту составляющей ГА (рис. 2).

4500

(|4000

¡3500

Е

3000

- аппроксимация у = 990х +2527,7

v>

v. о о-,»-/

X

с»

V с."

/ \

с«*

* J .4/

. Ca

0,5

1 1,5

Соотношение Са/Р

с*

V

с."

Са(Н,Р04)2 Са,Р,07 Са,(Р04)2 Са,0(РО4),,(ОН)2

0.5 1 1.5 1.67

Рис. 1. График зависимости энтальпий образова- Р'1С- 2. Проекция трёхмерной ния кальцийфосфатов от соотношения Са/Р структуры гидроксиапатита

Таким образом, приведенная методика термодинамических расчетов, апробированная на примере гидроксиапатита, может быть использована для расчёта сложных комплексных соединений, в том числе и неорганических полимеризованных систем, термодинамические параметры которых так же отсутствуют в справочниках.

Были рассчитаны энтропии гидрофосфата аммонии и гидроксиапатита методом сравнения однотипных соединений. С использованием систем ионных инкрементов, разработанных Келли и Латимером, установили достоверность системы Латимера. Данные расчетов показали сходимость с экспериментальными определениями энтропии ГА, приведенными в литературе. Рассчитанные значения энтропии S°29s гидрофосфата аммония и гидроксиапатита, составили 189 и 853,5 Дж/моль К, соответственно.

Термодинамический анализ классических реакций осаждения ГА показал, что они самопроизвольно протекают в сторону образования гидроксиапатита. Поэтому для лабораторных исследований синтеза ГА был выбран жидкофазный синтез из растворов нитрата кальция и гидрофосфата аммония. Однако по данному методу образуются аморфизи-рованные труднофильтруемые осадки гидроксиапатита переменного со-

става, которые в процессе сушки агломерируются, спекаются и, как следствие, требуют дополнительного измельчения.

Для получения микрокристаллического, хорошофильтруемого осадка ГА стехиометрического состава был использован метод гомогенного осаждения из растворов, с использованием комплексообразова-теля — этилендиаминтетраацетата натрия (ЭДТА) по реакциям: №2Н2У + Са(Ш3)2 = 2НШ3 + №2СаУ, где У=С10Н14ОаМ2, (1)

10№2СаУ+6(ЫН4)2НРО4+8Ш4ОН=Са10(РО4)б(ОН)2+10Ыа2(МН4)2У+6Н2С). (2)

Данный метод обеспечивает дозированное поступление одного из компонентов в раствор, позволяет избегать локальных пересыщений, и способствует формированию микрокристаллической структуры. 5

— 1 I \А

"-1 1 Г!

г

:

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Рис. 3. Кондуктограмма процесса синтеза ГА

Рис. 4. Зависимость оптической плотности от соотношения реагентов

б

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Соотношение НР04 "/Са

0,2 0,4 0,6 0,8 1 Соотношение НР04 "/Са ~

Рис. 5. Кривые потенциометрического титрования: а - зависимость потенциала (рН) от соотношения НРО42/Са2+, б - зависимость параметра изменения потенциала на единицу изменения объёма от соотношения НРО42/Са

После протекания основной химической реакции (гомогенного осаждения ГА), при выдерживании осадка под маточным раствором

протекают вторичные химические реакции (гетерогенные), приводящие к изменению состава осадка. В работе был проведен физико-химический анализ систем осадок-раствор, предложенный академиком Тананаевым с сотрудниками для труднорастворимых соединений, и систематизированный Вассерманом.

Проведение параллельных исследований несколькими независимыми методами (кондуктометрическим, фотометрическим и потенцио-метрическим) позволило получить объективную оценку экспериментальных данных о механизме образования твердых фаз, о происходящих изменениях в их составе в процессе осаждения.

По кривым титрования, зависимостям электропроводности, оптической плотности и рН, соответственно, от соотношения НРС>427Са2+ (рис. 3-5), были определены три точки эквивалентности: 1 (при НР042" /Са2+ =0,3-0,4) - образование твердой фазы, предположительно -аморфного кислого кальцийфосфата (рН системы закономерно снижается из-за образования кислых продуктов реакции); 2 (при НР0427Са2+ =0,5-0,6) - образование кальцийфосфата переменного состава, указывающего на протекание вторичных реакций в растворе; 3 (при НР042* /Са2+ =0,8-0,9) - образование основной соли. С приближением системы к третьей точке эквивалентности полностью разрушается комплекс Са-ЭДТА и образуется нестехиометрический апатит, предположительно Са9НР04(Р04)5(0Н), так называемый апатит с недостатком кальция, который в результате вторичных межфазовых реакций в избытке ионов Са2+ переходит в основные соли стехиометрического состава Са,0(РО4)б(ОН)2.

Для выбора оптимальных условий осаждения ГА была проведена количественная оценка химико-технологических свойств осадков ГА. Определено влияние условий гомогенного осаждения на дисперсность, удельную поверхность, фильтруемость, скорость и объем отстаивания, выход по массе. Исследования проводили в диапазоне концентраций 0,2-3 M по Са2+, в интервале температур 20-80 °С, при рН= 5-11, при капельном и массовом приливании осадителя. Установлено, что ГА с наилучшими технологическими свойствами синтезируется из растворов концентрацией 0,2-0,7 M по Са2+ при следующих условиях: температура процесса 40-60 °С, рН > 8, при капельном приливании осадителя и выдерживании осадка под слоем маточного раствора в избытке Са2+ не менее 24 часа.

Идентификацию ГА осуществляли с помощью ИК-спектрометрического (спектрометр инфракрасный-Фурье Nicolet 5700, НАЦ ТПУ), рентгенофлуоресцентного (РФлА, спектрометр рентгено-флуоресцентный Quant'X, НАЦ ТПУ), рентгенофазового анализов

(РФА, дифрактометр рентгеновский ЗЫтаски Х1Ш-7000, Нано-Центр ТПУ), а также электронно-микроскопическими методами (СЭМ, РЭМ ^М-7500РА, Нано-Центр ТПУ). По результатам исследований образцов синтезированного ГА, в сравнении с биологическим аналогом, установили их полную идентичность по химическому составу, за исключением карбонат-иона, входящего в состав биологического ГА, и поглощающего в области 1370-1515 см-1 (рис. 6, /).

Диффренциалыю-термическим анализом (ДТА, дериватограф БЭТ (^600, НАЦ ТПУ) определены режимы термической обработки синтезированного ГА для достижения необходимой стехиометричности (Са/Р= 1,67) и повышения степени кристалличности. Оптимальная температура термообработки - 800 °С, так как в интервале 700-800 °С (рис. 7) происходит удаление остатков С02 и перекристаллизация карбонатгидрок-сиапатита в гидроксиапатит.

и:!

Avxi .кит :ч.о | vn)

лгл

ню :оо Inn -Km so» Mi» тоо mt чоа Кию |сМ1к-рл\р.|. ч

Рис. 6. ИК-спектры: 1 - биологический ГА, 2 - ГА, синтезированный с ЭДТА и прокаленный при 800 °С

Рис. 7. Термограмма образца синтезированного гидроксиапатита с ЭДТА, прокалённого при 700 °С. Скорость нагрева 10 град/мин, среда - воздух.

Основным критерием оценки качества ГА является соотношение кальция к фосфору. Рентгенофлуоресцентным методом был рассчитан данный показатель. В биологическом ГА, выбранном в качестве эталона, Са/Р=1,67. Типичный рентгенофлуоресцентный спектр порошка ГА приведен на рис. 8. Расчет Са/Р осуществляли по соотношению интен-сивностей пиков фосфора и кальция в аппаратурном спектре вещества и сравнивали эти значения с показаниями РФлА - биологического ГА. Калибровку спектра производили по стехиометрическим соединениям кальция и фосфора: СаНР04, Са(НР04)2, (NH4)2HP04, Ca(N03)2.

Отношение Са/Р рассчитывали по выражению (3):

Га/ Р - 1 67 г) образец

V' Са ' 1 Р >биолог.ГА

где /Са и /Р - интенсивности пиков кальция и фосфора в аппаратурном спектре.

В результате исследований установили, что стехиометрия ГА (Са/Р=1,67) достигается после выдержки осадка под маточным раствором в избытке Са2+ в течение суток.

По дисперсному составу синтезированный ГА существенно отличается от биологического. По данным седиментационного анализа основную массу искусственного ГА составляют частицы до 1 мкм (более 50 %), в то время как в биологическом ГА доминируют частицы 40-70 мкм. Электронно-микроскопический анализ (Рис. 9, а) подтвердил результаты седимента-ционных измерений: порошок синтезированного ГА представляет собой рыхлые агрегаты из сферических частиц с размерами 100-1000 нм.

Обработка рентгенограммам образцов синтезированного ГА по формуле Шерера (4) позволила определить, что размеры кристаллитов варьируются в диапазоне 10-50 нм (рис. 9, б), что хорошо согласуется с результатами седиментационного и СЭМ-анализов.

Рис. 9. Микрофотографии образцов ГА, синтезированных из разбавленных растворов: а) х50000, б) х200000

I, отн.ед

Са

Р

Ж.

3

4 Е. кзВ

Рис. 8. Типичный рентгено-флуоресцентный спектр ГА

где К - постоянная, фактор формы частиц (принимается - 1), к -длина волны рентгеновского излучения (0,154056 нм), 0- физическое уширение на полувысоте дифракционного максимума (в единицах радиан), в- положение дифракционного пика.

Третья глава посвящена подготовке (химической обработке) образцов титана медицинского назначения (ВТ 1-0) перед нанесением биопокрытий. С целью улучшения адгезии покрытий необходимо было создать микрорельеф на поверхности титана. Для этого был разработан травитель на основе фосфорной кислоты и фторида аммония.

Для определения оптимального состава и условий травления титана марки ВТ1-0 (10x10x1 мм) были проведены исследования зависимости скорости травления от концентрации Н3Р04 (1,9-10,4 М), NH4F (0-0,6), температуры (20-60 °С), перемешивания и времени, на основании которых найден оптимальный состав травителя: NH4F : Н3РО4 = 0,4 : 8,1 моль/л и температура 20-30 °С.

Травление титана в смеси NH4F : Н3РО4 = 0,4 : 8,1 моль/л идет с заметной скоростью. Установлено, что наряду с растворением титана конкурирует процесс нарастания фосфатной плёнки, замедляющий процесс.

Определена зависимость степени травления (а) от температуры (рис. 10) и концентрации NH4F (рис. 11).

Дт

«= — 100%, (5) Шо

где а - степень травления, %; Дт - разность масс образца до и после травления, г; от0 - масса образца до травления, г.

Исследование кинетики травления титана в смеси состава NH4F : Н3Р04 = 0,4 : 8,1 моль/л с обработкой результатов по известным методикам формальной гетерогенной кинетики (метод касательных) позволило установить, что в интервале температур 20-30 °С энергия активации - 124±2 кДж/моль, лимитирующей стадией является кинетическая. В диапазоне 40-60 °С происходит смена механизма травления, энергия активации - 14,5±0,5 кДж/моль, и лимитирующей стадией становится диффузионная. Выведены кинетические уравнения для температурного

-124000+2000

интервала 20-30 °С: а = (2.3 ± 0.3) • 1018 е кг ■ Сш/"6 ■ т, и для

-14500+500

температурного интервала40-60 °С: а = (0.16±0.09)е "т • г.

^0,1 - о-0,2 -=>-0,4 г3 Г 2 у

-------- / ^^ Г 1 -------

¿У^ \ г

10 20 30 40 время травления, мин

10 20 30 40 время травления, мин

50

Рис. 10. Зависимость степени травления от времени реагирования в травителе N11^ : Н3Р04 = 0,4 : 8,1 моль/л при перемешивании при температурах, °С: 1 -20; 2-30,3- 40; 4 — 50; 5 — 60

Рис. 11. Зависимость степени травления образцов титана в 8,1 М растворе фосфорной кислоты в присутствии фтор-иона - от времени при концентрациях Ш4Р, моль/л: 1 - 0,1; 2 - 0,2; 3 - 0,4.

Температура раствора 25 °С

Определен наиболее вероятный химизм травления, который нашел свое подтверждение в литературных источниках.

Установлено, что максимальное растворение поверхности титана (травление) приходится на момент полного вытеснения плавиковой кислоты из фторида аммония фосфорной кислотой (6). Были проведены исследования работоспособности травителя титана, и установлено, что травитель «работает» в течение 15-30 мин не зависимо от количества образцов, подвергнутых химической обработке одновременно.

3 Ш4Р + Н3РО4 <-> (№14)ЗР04 + 3 №. (6)

Микроскопический анализ поверхности титана до и после травления проводили с помощью металлографического (МЕТАМ РВ-22) и электронного микроскопов (рис. 12). Поверхность технически чистого титана ВТ 1-0 до травления представлена структурой глобулярного типа с правильными межзеренными границами (рис. 12, а). После травления на поверхности титана выявляются полиэдрические зёрна, которые имеют различную кристаллографическую ориентацию и травятся неодинаково (рис. 12, б, в).

Таким образом, в структуре монометалла путём травления можно косвенно выявить и наблюдать дефекты внутрикристаллического строения - дислокации, точки выхода которых на поверхность образца после

травления принимают вид так называемых ямок травления треугольной или прямоугольной формы. Методами количественной металлографии определили размеры зерна, глубину стравленного слоя.

а в в

Рис. 12. Микрофотографии поверхности титана ВТ 1-0 (а) до травления (МЕТАМ РВ-22, х 200) и после выдержки в травителе в течение 30 мин б) х 500 СМИТАМ РВ-22^: «1 х 1000 СРЭМ ,ТЯМ-7500РА)

Результаты металлографического определения глубины травления

(7) подтверждены данными, полученными гравиметрическим методом

(8).

3 = \М,-М212, (7)

где 3 - толщина стравленного слоя, мкм;

N1, N2 - показатели микрометрического винта (1 деление - 2 мкм). Д т

VT

т S р

h = VTr

(8)

где Д/и - разность масс образца до и после травления, г; Кт - скорость травления, см/мин или мкм/мин; г - время травления, мин; S- площадь пластины, см2; р - плотность титана, 4,5 г/см3; h - высота стравленного слоя, мкм.

Установлено, что глубина ямок травления титана в используемых смесях (с NH4F) варьируется от 2 до 10 мкм, размеры ямок травления по ширине достигают 20-30 мкм. С использованием атомно-силовой микроскопии (ACM NtegraAura, Ноно-Центр ТПУ) определили шероховатость травленых поверхностей титана: она составила 2-2,5 мкм, что соответствует 8 классу чистоты (рис. 13).

Таким образом, оптимальные параметры процесса - степень травления 1-2 % (скорость травления 0,14-0,12 мкм/мин) достигается при

температуре 25 °С за 15 мин в травителе состава И^Б : Н3РО4 = 0,4 : 8,1 моль/л.

6 5 4

3

0 10 20 30 40 50 60 мкм Рис. 13. ЗЭ-модель изображения АСМ-анализа и профилограмма поверхности образца титана ВТ1-0, полученного после 30-минутного травления в смеси

В четвертой главе содержатся результаты исследований по получению покрытий на основе ГА на предварительно подготовленных подложках титана. Приведен разработанный состав композиционного материала, состоящий из биоактивной составляющей - гидроксиапатита, и полимерной матрицы - биоинерного сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМП).

Создание композитного покрытия для титана на основе ГА и СВМП в виде полимер-наполненных плёнок сопряжено с внедрением гидроксиапатита в матрицу СВМП, что является возможным в растворе полимера. С этой целью в работе исследован процесс растворения СВМП в органических растворителях. Эксперименты по растворению порошка СВМП органическими растворителями (ацетон, гексан, четы-реххлористый углерод, ксилол, диметилформамид, декалин, диметил-сульфоксид) проводили при непрерывном перемешивании и медленном нагревании от 20 до 120 °С. Процесс взаимодействия растворителя с полимером осуществляется в две стадии: 1) набухание полимера с последующем гелеобразованием; 2) растворение набухших частиц. Определен оптимальный растворитель - о-ксилол.

Для создания композита применяли механо-физический метод, для чего использовали раствор СВМП в о-ксилоле в диапазоне концентраций 0,5-5 объем. %. Содержание ГА в составе композиции изменяли в диапазоне от 0 до 80 % мае. Найден оптимальный состав композиции ГА-СВМП: 0,5 % раствор СВМП (объем.) + 80 % (масс.) ГА.

Композиции ГА-СВМП наносили на травленые подложки из титана ВТ 1-0 по известной методике полимерного окрашивания - окунанием.

ИК-спектрометрическим анализом биопокрытий установлено, что о-ксилол - растворитель для СВМП, через 1 сут полностью удаляется из состава покрытия.

Механические характеристики полимер-наполненного покрытия на титановой подложке были исследованы с использованием метода склерометрии. Оптимальным анализом адгезионной прочности полимерного покрытия, нанесенного на шероховатую поверхность металла, является scratch-test (CSEM Micro Scratch Tester MST-S-AX-0000, ЦИСМ НИИ ЯФ). Параметры царапания: скорость горизонтального перемещения и скорость вдавливания индентора 7 мм/мин и 2 Н/мин, соответственно.

На рис. 14 представлены результаты scratch-test поверхности покрытия толщиной 2,5 мкм в диапазоне сил вдавливания 0,08-1,43 Н алмазного индентора диаметром 200 мкм. Из рис. 14 видно, что на начальной стадии эксперимента и при незначительной силе вдавливания индентора покрытие остается сплошным. Разрушение покрытия, и появление металлического блеска подложки (титана), начинается при силе вдавливания 0,89-1,43 Н.

а б в

Рис. 14. Микрофотографии (ГА-СВМП)-покрытия толщиной 2 мкм (х 200): а) исходного покрытия и сделанные при нагрузках: б) 0,08 Н; в) 0,25 Н; г) 0,33 Н; д) 0,89 Н; е) 1,43 Н

После проведения scratch-test и микроскопических исследований, установлена максимальная нагрузка, при которой происходит изменение характера механического разрушения покрытия. Оценочная величина адгезионной прочности полученных покрытий ~32 МПа.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Методом подобия были рассчитаны значения термодинамических параметров гидроксиапатита: энтальпия -13360 кДж/моль, энтропия 853,5 Дж/моль К, и энтропия гидрофосфата аммония -189 Дж/моль К.

2. Термодинамический анализ реакций осаждения кальцийсо-держащих солей гидрофосфатом аммония показал, что равновесие процесса необратимо сдвинуто в сторону образования продукта - гидроксиапатита.

3. Разработан и исследован метод гомогенного синтеза ГА с использованием комплексообразователя - натриевой соли ЭДТА, физико-химическими методами анализа определены закономерности гомогенного осаждения ГА с ЭДТА через промежуточные стадии и несте-хиометрические соединения (кальцийфосфаты) до соединения состава Са10(РО4)б(ОН)2.

4. Установлено, что оптимальные технологические свойства осадков ГА: дисперсность, удельная поверхность, фильтруемость, скорость и объем отстаивания, выход по массе - достигаются при температуре 40-60 °С, рН = 8-10 и концентрации ионов кальция - 0,2-0,7 моль/л.

5. Установлена идентичность синтезированных порошков ГА биологическому гидроксиапатиту по химическому составу методами ДТА, ИК, РФлА, РФА, СЭМ-анализов.

6. Разработан и оптимизирован состав для селективного травления титана ВТ 1-0 на основе фосфорной кислоты и фторида аммония. Травящая смесь состава NH4F : НзР04 = 0,4 : 8,1 моль/л позволяет создавать микрорельеф (до 8 мкм), для лучшей адгезии композиционного покрытия.

7. Исследована кинетика травления титана в смеси состава NH4F : Н3Р04 = 0,4 : 8,1 моль/л и определена энергия активации: в интервале температур 20-30 °С - 124±2 кДж/моль, лимитирующая стадия - кинетическая. В диапазоне температур 40-60 °С - 14,5±0,5 кДж/моль, лимитирующая стадия - диффузионная. Выведены кинетические уравнения.

8. Методом механического смешения гомогенного раствора СВМП в о-ксилоле и биоактивного наполнителя получена композиция

ГА-СВМП. Найден оптимальный состав композиции ГА-СВМП:

0.5.% раствор СВМП (объем.) + 80 % (масс.) ГА.

9. Биопокрытие наносится на титан методом полимерного окрашивания, которое после высыхания и удаления растворителя представляет собой пористую структуру, и не содержит в своем составе о-ксилола.

10. Адгезия покрытий была исследована склерометрическим методом. Установлена граничная сила воздействия на ГА-полимерную плёнку - 1 Н. Адгезионная прочность полученных покрытий (оценочная величина адгезии - 32 МПа) выше, чем у покрытий ГА, наносимых методами плазменного напыления и анодного оксидирования, и составляющая 20-25 МПа.

11. Синтезированный ГА прошел токсикологическую экспертизу по ГОСТ Р 51148-98 в испытательном центре НИИ Гигиены, г. Новосибирск, и получил положительное заключение о нетоксичности материала. ГА был испытан в исследовательском центре Клинической больницы № 81 ФМБА России (г. Северск) в качестве материала покрытий. Протокол испытаний и справка об использовании приведены в Приложении диссертации.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Филатова Л.А., Гузеева Т.И. Нанесение покрытий из СВМП на титановые эндопротезы // Сборник тез. докл. IV Международной научно-практической конференции «Физико-технические проблемы атомной энергетики и промышленности». - Томск, 2007. - С. 120-121.

2. Леонова Л.А., Гузеева Т.И., Жевлакова В.А., Широнина Т.С. Полимерные покрытия на титановых эндопротезах // Сборник докладов XIV Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии». - Томск, 2008. - 4.2. - С. 104-105

3. Leonova L.A., Guzeeva T.I. The new surface of internal-prosthesis // Сборник тезисов докладов IV Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах». - СПб, 2008 - С. 15.

4. Леонова Л.А., Гузеева Т.И. Синтез гидроксиапатита // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ-2008». - В 3-х т. Т. 1. - М.: ИЦ MATH, 2008. - С. 9293.

5. Леонова Л.А., Гузеева Т.И. Материалы медицинского назначения // Сб. трудов Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации». - Новосибирск, 2008.-С. 87-89.

6. Положительное решение о выдаче патента от 15.02.3010, заявка №2008138834. Способ синтеза гидроксиапатита/ Гузеева Т.И., Гузеев

B.В., Карлов A.B., Леонова Л.А. (Россия). - Приор, от 30.09.2008.

7. Положительное решение о выдаче патента от 01.03.2010, заявка № 2009108586. Селективный травитель для титана/ Гузеева Т.И., Гузеев В.В., Леонова Л.А. (Россия). - Приор, от 10.03.2009.

8. Леонова Л.А., Гузеева Т.И., Корючкина A.B., Шульга И.В. Разработка селективного травителя для подготовки поверхности титановых им-плантатов // Тез. докл. Пятнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-15». - Кемерово, 2009. - С. 738-739.

9. Лелюк O.A., Крикуненко A.C., Леонова Л.А., Гузеева Т.Н. Получение синтетического гидроксиапатита // Сборник материалов X Юбилейной всероссийской научно-практической конференции аспирантов и студентов «Химия и химическая технология в XXI веке». - Томск, 2009. -

C. 36

10. Гузеева Т.И., Леонова Л.А. Термодинамический анализ синтеза гидроксиапатита / Гузеева Т.И., Леонова Л.А., Том. политехи, ун-т, -Томск, 2009, - 12 е.: ил. - Библиогр.: 28 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 18.06.09, №381-В2009.

11. Крикуненко A.C., Лелюк O.A., Леонова Л.А. Химическое травление титана. // Сборник трудов Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Новые материалы. Создание, структура, свойства-2009». - Томск, 2009. - С. 129-131.

12. Гузеева Т.И., Гузеев В.В., Леонова Л.А., Лелюк O.A., Крикуненко A.C., Шатохина Ю.В. Получение порошка гидроксиапатита в ходе жидкофазного синтеза. // Известия Томского политехнического университета. - 2009. - Т. 315. - № 3. Химия. - С. 47-50.

13. Крикуненко A.C., Лелюк O.A., Леонова Л.А., Гузеева Т.И. Получение искусственного гидроксиапатита для использования в медицине // Сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции молодых учёных и специалистов «Приоритетные направления современной российской науки глазами молодых учёных». - Рязань, 2009. -С. 246-250.

14. Леонова Л.А. Создание биоматериала на основе гидроксиапатита // Сборник статей VI Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов/ под ред. акад. РАН Ю.В. Цветкова и др. - М.: Интерконтакт Наука, 2009. - С. 220-223.

15. Леонова ЛА., Гузеева Т.И., Гузеев В.В. Изучение процесса синтеза гидроксиапатита. // Химия в интересах устойчивого развития. - 2010. -№ 1.-С. 107-110.

Подписано к печати 14..05.2010.Формат60х84/16. Бумага «Снегурочка».

Печать XEROX. Усл. печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,26. _Заказ 850-10. Тираж 100 экз._

Томский политехнический университет Система менеджмента качества Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2008

иштельствоУтпу. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30

Тел./факс: 8 (3822) 56-35-35, www.tpu.ru

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ МЕДИЦИНЕ (ОБЗОР ДАННЫХ ЛИТЕРАТУРЫ).

1.1. Требования, предъявляемые к материалам для эндопротезирования.

1.2. Классификация материалов.

1.2.1. Металлы и сплавы.

1.2.2. Керамические материалы.

1.2.3. Биополимеры и синтетические полимерные материалы.

1.3. Биопокрытия и способы их создания на имплантатах.

1.3.1. Плазменное напыление покрытий.

1.3.2. Лазерное осаждение.

1.3.3. Электронно-лучевое осаждение.

1.3.4. ВЧ-магнетронное напыление.

1.3.5. Электрохимический метод нанесения покрытий.

Глава 2. СИНТЕЗ ГИДРОКСИАПАТИТА.

2.1. Физико-химические основы синтеза гидроксиапатита.

2.1.1. Термодинамика синтеза.

2.1.2. Термодинамический анализ образования гидроксиапатита из растворов.

2.2. Исследование процесса синтеза гидроксиапатита из водных растворов солей.

2.2.2. Синтез гидроксиапатита методом гомогенного осаждения.

2.2.3. Физико-химические закономерности осаждения гидроксиапатита.

2.2.4. Результаты исследования физико-химических процессов при синтезе гидроксиапатита.

2.3. Исследование гидроксиапатита методами физико-химического анализа.

2.3.1. Дифференциально-термический анализ гидроксиапатита.

2.3.2. ИК-спектрометрическое исследование гидроксиапатита.

2.3.3. Исследование гидроксиапатита методом рентгено-флуоресцентного анализа.

2.3.4. Исследование синтезированных порошков гидроксиапатита методом рентгено-фазового анализа.

2.3.5. Исследование порошка ГА методом растровой электронной микроскопии.

2.4. Выводы по главе.

Глава 3. ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНА.

3.1. Способы подготовки поверхности.

3.2. Исследование процесса химического травления титана.

3.2.1. Кинетика травления титана.

3.2.2. Методика проведения экспериментов.

3.2.3. Исследование кинетики травления титана.

3.2.4. Исследование работоспособности селективного травителя для титана.

3.2.5. Результаты исследования микрорельефа образцов титана ВТ 1-0.

3.3. Выводы по главе.

Глава 4. СОЗДАНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ БИОПОКРЫТИЙ НА ТИТАНЕ.

4.1. Исследование процесса растворения СВМП.

4.1.1. Приборы и материалы.

4.1.2. Методика эксперимента по растворению СВМП в органических растворителях

4.2. Формирование биопокрытия на титане.

4.2.1. Установки, приборы, материалы.

4.2.2. Методика получения композиции ГА-СВМП.

4.2.3. Нанесение (ГА-СВМП)-покрытий на титановые подложки.

4.3. Результаты исследования (ГА-СВМП)-покрытия.

4.3.1. Определение влаго- и водопоглощения покрытий.

4.3.2. ИК-спектрометрическое исследование.

4.3.3. Исследование механических свойств покрытий.

Актуальность работы. Титан и его сплавы благодаря своим уникальным физико-химическим и механическим свойствам широко применяют в качестве конструкционного материала для авиационной и ракетной техники, химического машиностроения, приборостроения, судо- и машиностроения, пищевой и других отраслей промышленности. За сравнительно небольшую историю титановой промышленности титан нашел свое применение и в медицине. В настоящее время для производства изделий медицинской техники используют в основном титан и сплавы на его основе. Изготовление инструмента, имплантатов, конструкций эндопротезов из титана связано с высокой механической прочностью, коррозионной стойкостью, значительной твердостью и совершенной биоинертностью металла. Низкая плотность титана, в сочетании с вышеперечисленными свойствами, делают его незаменимым в травматологии и ортопедии.

В последние годы значительное внимание уделяется улучшению качества и увеличению продолжительности человеческой жизни. Травматизм, поражения и заболевания суставов представляют собой глобальную медико-социальную проблему. Самым эффективным способом лечения и восстановления целостности костной ткани в этом случае является эндопротезирование. В связи с этим мировая потребность в имплантатах и эндопротезах возрастает с каждым годом на сотни тысяч - миллионы в год. Российский рынок данных медицинских изделий, в основном, представлен зарубежными имплантатами, имеющими очень высокую цену. Из-за высокой стоимости, они становятся недоступными для большинства людей, нуждающихся в лечении. По данным московского Центрального института травматологии и ортопедии в России в год реализуемый объем операций по протезированию суставов в десять раз меньше от реально необходимого.

На сегодняшний день исследования, разработка и производство материалов медицинского назначения и собственно имплантатов — наиболее актуальные задачи для материаловедов, химиков и технологов. Современные тенденции развития наукоёмких технологий и лабораторной базы исследовательских институтов требует усовершенствования технологии получения медицинских изделий и расширения ассортимента, удовлетворяющего требованиям международных стандартов, при неуклонном стремлении к снижению их себестоимости.

Одним из возможных путей решения данной проблемы является создание биоактивных покрытий на металлических имплантатах. Имплантаты в биоактивном исполнении позволяют сократить сроки лечения при тяжелых заболеваниях и исключить расшатывание и отторжение (из-за токсикоза и воспалительных реакций на инородное тело).

По существующей технологии, биопокрытия на титановых имплантатах получают электрохимическими методами, а также методами плазменного, магнетронного, лазерного напыления биоактивного материала . Высокая температура процесса или высокоэнергетические воздействия, характерные для данных методов, приводят к частичной деструкции биоактивного материала и снижению его эффективности. Кроме этого для нанесения покрытий используется сложное дорогостоящее оборудование, эксплуатация которого требует высококвалифицированного персонала, специально оборудованных помещений и т.д., что приводит к удорожанию готовой продукции.

В настоящее время в качестве биоактивного материала для покрытий эндопротезов применяют, главным образом, гидроксиапатит, получаемый обжигом костей крупного рогатого скота с последующим измельчением. При этом получают порошки с широким спектром дисперсности и включающие частицы размером до 50-100 мкм. Синтез искусственного ГА осуществляют, преимущественно, осаждением из водных растворов солей кальция гидрофосфатом аммония. По данному методу образуются аморфизированные труднофильтруемые осадки гидроксиапатита переменного состава, которые в процессе сушки агломерируются, спекаются и, как следствие, требуют дополнительного измельчения.

Поэтому исследование и разработка новых методов синтеза мелкокристаллического гидроксиапатита, недорогих и технологических способов формирования биоактивных покрытий на титане из композиционных материалов является задачей актуальной и востребованной.

Данная работа выполнялась в рамках приоритетного направления развития науки и техники в РФ «Индустрия наносистем и материалов», и соответствует критической технологии «Технологии создания биосовместимых материалов», утверждённых Президентом РФ приказом № р-843 от 21.05.06 г. и распоряжением № 1243-р от 25.08.2008 г., соответственно; при сотрудничестве с филиалом «Российского научного центра восстановительной травматологии и ортопедии имени академика Г.А. Илизарова», г. Томск и «Центром ортопедии и медицинского материаловедения» РАМН РФ, г. Томск и поддержана программой «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Целью работы является изучение физико-химических закономерностей синтеза гидроксиапатита и разработка технологии создания на титане биоактивных покрытий на основе синтетического гидроксиапатита и сверхвысокомолекулярного полиэтилена.

В соответствие с поставленной целью определены задачи исследований:

1. Разработка методики и определение оптимальных условий синтеза гидроксиапатита (ГА) стехиометрического состава для дальнейшего использования его при создании биоактивного покрытия;

2. Исследование физико-химических закономерностей синтеза гидроксиапатита: термодинамика и формирование гидроксиапатита в процессе осаждения, старения и термической обработки осадка;

3. Исследование процесса растворения сверхвысокомолекулярного полимера (СВМП) для дальнейшего использования его раствора при формировании полимер-наполненного покрытия;

4. Разработка селективного травителя для создания микрорельефа на титановых подложках перед нанесением биопокрытия и исследование закономерностей процесса травления титана;

5. Исследование процесса растворения сверхвысокомолекулярного полимера (СВМП) для дальнейшего использования его раствора при формировании биоактивного композиционного покрытия;

6. Исследование процесса получения и формирования биоактивного (ГА-СВМП)-покрытия на титановых подложках.

Научная новизна:

• Исследован новый метод гомогенного синтеза гидроксиапатита с использованием комплексообразователя и определено влияние условий синтеза на получение порошка ГА со стехиометрическим соотношением кальция и фосфора;

• Впервые с использованием методов сравнения и подобия рассчитаны термодинамические характеристики гидроксиапатита: энтальпия и энтропия, и выполнен термодинамический анализ его синтеза;

• Исследовано формирование гидроксиапатита в процессе гомогенного осаждения;

• Исследована кинетика химического травления титана в травителе нового состава на основе фосфорной кислоты и фторида аммония. Определены оптимальные составы травителей и их влияние на микрорельеф поверхности титана.

Научная новизна подтверждается положительными решениями о выдаче патентов РФ на изобретения. Практическая значимость:

Разработан способ синтеза мелкокристаллического гидроксиапатита с соотношением кальция к фосфору, как в биологическом (1,67), определены оптимальные параметры данного процесса;

• Полученный порошок синтетического гидроксиапатита может применяться как биоматериал для покрытий имплантатов и эндопротезов, так и в качестве пломбировочного материала в стоматологии, а также в качестве БАД;

• Разработан селективный травитель для титана, позволяющий регулировать толщину стравленного слоя и формировать рельеф на поверхности титана с необходимой шероховатостью;

• Разработан способ получения биоактивных композиционных покрытий на основе гидроксиапатита и полимерной матрицы , из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, предложены составы.

Практическая ценность подтверждается справкой об использовании результатов исследований.

Положения, выносимые на защиту:

1. Значения термодинамических параметров ГА и гидрофосфата аммония -энтальпия и энтропия и рассчитанные методом подобия; результаты термодинамического анализа синтеза ГА;

2. Метод синтеза гидроксиапатита, позволяющий получать соединение с требуемым соотношением Са/Р и оптимальными технологичесими свойствами;

3. Новый состав травителя для титана;

4. Результаты исследований по формированию на титане композиционного покрытия ГА-СВМП.

Апробация работы: Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных, всероссийских и международных конференциях и семинарах: IV Международной научно-практической конференции «Физико-технические проблемы атомной энергетики и промышленности» (Томск, 2007); XIV Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии» (Томск, 2008); IV Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2008); Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» (Москва, 2008); Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2008); Пятнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-15» (Кемерово, 2009); X Юбилейной всероссийской научно-практической конференции аспирантов и студентов «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2009); IX Всероссийской школе-семинаре «Новые материалы. Создание, структура, свойство-2009» (Томск, 2009); Всероссийской ' научно-практической конференции молодых учёных и специалистов «Приоритетные направления современной российской науки глазами молодых учёных» (Рязань, 2009); VI Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов (Москва, 2009).

По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 3 статьи и 5 докладов, и включая 2 положительных решения о выдаче патента РФ.

Структура и объем диссертации. Результаты исследований изложены на 176 листах машинописного текста диссертационной работы и содержат 51 рисунок и 30 таблиц, 177 источников литературы, состоит из введения, четырех глав, заключения, 3 приложений.

4.3. Выводы по главе

1. Для формирования на титановых изделиях покрытия на основе синтезированного гидроксиапатита был использован инертный материал -сверхвысокомолекулярный полиэтилен, в качестве полимерной матрицы биопокрытия.

2. Исследование процесса взаимодействия сверхвысокомолекулярного полимера (СВМП) с различными органическими растворителями позволило определить оптимальные условия этого процесса и растворитель — о-ксилол.

3. В результате механического смешения гомогенного раствора СВМП и биоактивного наполнителя - ГА получена композиция СВМП-ГА. Найден оптимальный состав композиции ГА-СВМП: 0,5 % раствор СВМП (объем.) + 80 % (масс.) ГА.

4. Биопокрытие наносится на титан методом полимерного окрашивания - окунанием образца в ГА-полимерный композит, находящийся в гелеобразном состоянии. ГА—СВМП-покрытие после окончательного высыхания при комнатной температуре и удаления растворителя представляет собой пористую структуру. Найден оптимальный состав композиции ГА-СВМП: 0,5 % раствор СВМП (объем.) + 80 % (масс.) ГА.

5. С помощью метода ИК-спектрометрии установлено, что растворитель для СВМП (о-ксилол) в процессе создания покрытия не влияет на его состав и через 1 сут полностью удаляется.

6. В результате склерометричесих исследований покрытий установлена граничная сила воздействия на ГА-полимерную плёнку — она составила 1 Н. Оценочная величина адгезии — 32 МПа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе выполнен системный анализ отечественных и зарубежных разработок в области медицинского материаловедения. Рассмотрены пути повышения качества материалов и усовершенствования технологии их получения на основе практики известных исследований и проведенных автором испытаний.

1. Методом подобия были рассчитаны значения термодинамических параметров гидроксиапатита: энтальпия -13360 кДж/моль, энтропия 853,5 Дж/моль К, и энтропия гидрофосфата аммония - 189 Дж/моль К.

2. Термодинамический анализ реакций осаждения кальцийсодержащих солей гидрофосфатом аммония показал, что равновесие процесса необратимо сдвинуто в сторону образования продукта — гидроксиапатита.

3. Разработан и исследован метод гомогенного синтеза ГА с использованием комплексообразователя — натриевой соли ЭДТА, физико-химическими методами анализа определены закономерности гомогенного осаждения ГА с ЭДТА через промежуточные стадии и нестехиометрические соединения (кальцийфосфаты) до соединения состава Саю(Р04)б(0Н)2.

4. Установлено, что оптимальные технологические свойства осадков ГА: дисперсность, удельная поверхность, фильтруемость, скорость и объем отстаивания, выход по массе - достигаются при температуре 40-60 °С, рН = 8-10 и концентрации ионов кальция - 0,2-0,7 моль/л.

5. Установлена идентичность синтезированных порошков ГА биологическому гидроксиапатиту по химическому составу методами ДТА, ИК, РФлА, РФА, СЭМ-анализов.

6. Разработан и оптимизирован состав для селективного травления титана ВТ1-0 на основе фосфорной кислоты и фторида аммония. Травящая смесь состава NH4F : Н3Р04 = 0,4 : 8,1 моль/л позволяет создавать микрорельеф (до 8 мкм), для лучшей адгезии композиционного покрытия.

7. Исследована кинетика травления титана в смеси состава NH4F : Н3РО4 = 0,4 : 8,1 моль/л и определена энергия активации: в интервале температур 20-30 °С - 124±2 кДж/моль, лимитирующая стадия - кинетическая. В диапазоне температур 40-60 °С - 14,5±0,5 кДж/моль, лимитирующая стадия

- диффузионная. Выведены кинетические уравнения.

8. Методом механического смешения гомогенного раствора СВМП в о-ксилоле и биоактивного наполнителя получена композиция ГА-СВМП. Найден оптимальный состав композиции ГА-СВМП: 0,5 % раствор СВМП (объем.) + 80 % (масс.) ГА.

9. Биопокрытие наносится на титан методом полимерного окрашивания, которое после высыхания и удаления растворителя представляет собой пористую структуру, и не содержит в своем составе о-ксилола.

10. Адгезия покрытий была исследована склерометрическим методом. Установлена граничная сила воздействия на ГА-полимерную плёнку - 1 Н. Адгезионная прочность полученных покрытий (оценочная величина адгезии

- 32 МПа) выше, чем у покрытий ГА, наносимых методами плазменного, напыления и анодного оксидирования, и составляющая 20-25 МПа.

11. Синтезированный ГА прошел токсикологическую экспертизу по ГОСТ Р 51148-98 в испытательном центре НИИ Гигиены, г. Новосибирск, и получил положительное заключение о нетоксичности материала. ГА был испытан в исследовательском центре Клинической больницы № 81 ФМБА России (г. Северск) в качестве материала покрытий. Протокол испытаний и справка об использовании приведены в Приложении диссертации.

Автор выражает благодарность научному руководителю профессору ТПУ Гузеевой Т.И. за идеи, полезные советы и обсуждение результатов. Особую признательность выражаю профессору СГТА Гузееву В.В. за неоценимую помощь во внедрении и использовании результатов исследований в клинической практике. Выражаю большую признательность сотрудникам Научно-аналитического центра ТПУ: начальнику центра, к.т.н

Тарбокову В.А., зам.начальника, к.х.н. Водянкину А.Ю., инженерам центра, к.т.н. Радишевской Н.И. и Морозовой Т.П., экспертам НАЦ Дорофеевой Н.В. и Федотовой М.П.; а так же сотрудникам Наноцентра ТПУ: директору центра, д.т.н. Хасанову О.Л., с.н.с., к.ф.-м.н Двилису Э.С., технику-проектировщику Хасанову А.О., инженеру каф. НМНТ ЕНМФ ТПУ Качаеву А.А., за проведенные исследования и испытания полученных образцов, за консультации и помощь в обсуждении результатов. Признательна и благодарна доценту ТПУ Леонову А.П. за помощь, терпение и ценные советы в ходе работы над диссертацией. Выражаю благодарность всем сотрудникам кафедры ХТРЭ за помощь при создании лабораторных экспериментальных установок и моральную поддержку при написании работы, а так же студенткам Лелюк О.А и Крикуненко А.С. за помощь в проведении экспериментов.

1. URL: http://www. implants.ru/about. shtml

2. Вересов А.Г., Путляев В.И., Третьяков Ю.Д. Достижения в области керамических материалов // Российский химический журнал. — 2000. — Т. 94.- №6.-4. 2-С. 32-46.

3. Мороз Л.С., Чечулин Б.Б., Полин И.В., Буталов Л.В., Шулькин С.М., Горячев А.П. Титан его сплавы. Технически чистый титан. Т. 1. — Л.: Наука, 1987.- 128 с.

4. Путляев В.И. Современные биокерамические материалы // Соросовский образовательный журнал. — 2004. — № 1. — С. 44—50.

5. Suchanek W., Yashimura М. // J. Mater. Res. 1998. - V. 13. - № 1. - P. 94117.

6. Schuh A. , Thomas P., Kachler W., Goske J., Wagner L., Holzwarth U., ForstR. Das Allergiepotenzial von Implantatwerkstoffen auf Titanbasis // Der Orthopade. 2005 - V. 34. - № 4.

7. Thomas P., Schuh A., Ring J., Thomsen M. Orthopadisch-chirurgische Implantate und Allergien // Der Orthopade. 2008 - V. 37. - № 1.

8. Модестов А. Титан материал для современной стоматологии // Зубной техник. - 2003. - № 3.

9. Сидельников А.И. Сравнительная характеристика группы титана, используемых в производстве современных дентальных имплантатов // Инфо-Дент. 2000. - № 5. - С. 10-12.

10. Марочник стали и сплавов: сайт. URL: http://www.splav.kharkov.com

11. Путляев В.И., Сафронова Т.В. Новое поколение кальцийфосфатных биоматериалов: роль фазового и химического составов // Стекло и керамика.- 2006. -№ З.-С. 30-33.

12. Кирилова И.А. Деминерализованный костный трансплантат как стимулятор остеогенеза : современные концепции // Хирургия позвоночника. -2004. -№ З.-С. 105-110.

13. Hench L. Bioceramics // J. Amer. Ceram. Soc. 1998. - V. 81. - №7. -P. 1705-1728.

14. Симамура С., Синдо А., Коцука К. и др. Углеродные волокна. Пер. с япон./Под ред. С.Симамуры М.: Мир, 1987. - 304 с. (

15. Wen Н.В., van den Brink J., de Wijn J.R. et. al. // J. Crystal Growth. 1998. -V. 186.-P. 616-623.

16. Платэ H.A., Валуев Л.И. Полимеры в контакте с живым организмом. М.: Знание, 1987.-48 с.

17. Ignjatovic N., Delijic К. The designing of properttes of hydroxyapatite / Poly-L-Lactide composite biomaterials by hot pressing // J. Zeit. Metal. 2001. - V. 92.- № 2 — P. 145-149.

18. Okuno M., Shikunami Y. Bioresorbable devices made of forged composites of hydroxyapatite (HA) particles and Poly-L-Lactide (PLLA): Pt. I. Basic characteristics // Biomaterials. 1999. - V. 19. - № 2 - P. 859.

19. Griffith L. G. // Acta. Mater. 2000. - V. 48. - P. 263-277.

20. Bonfield W., Grynpas M.D., Tully et al. Hydroxyapatite reinforced polyethylene — a mechanically compatible implant // Biomaterials. 1981. - V. 2. -№ 1 - P. 137-156.

21. Di Silvio L., Dalby M., Bonfield W. In vitro respons of osteoblasts to Hydroxyapatite-Reinforced polyethylene composites // J. Mater. Sci.: Mater. Med.- 1998. V. 9. - № 12 - P. 845-848.

22. Wang M., Bonfield W., Joseph R. Hydroxyapatite-Polyethylene composites for bone substitution: effects of ceramic particle size and morphology // Biomaterials.- 1998.-V. 18.-№24-P. 2357-2366.

23. Guild F.J., Bonfield W. // J. Mater. Sci.: Materials in Medicine. 1998. - V. 9. -P. 497-502.

24. Полимеры медицинского назначения / под ред. С. Манабу, пер. с япон. — М.: Медицина, 1981.

25. Платэ Н.А., Васильев А.Е. Физиологически активные полимеры. — М.: Химия, 1986.

26. Панасюк А.Ф. Биоматериалы для тканевой инженерии и хирургической стоматологии // Клиническая стоматология. — 2004. №1.

27. Itoh S., Kikuchi М., Tanaka J., Ichinose S., Shinomiya K. Self-organisation mechanism in a bone-like hydroxy apatite/collagen nanocomposite synthesized in vitro and its biological reaction in vivo // Biomaterials. 2001. - V. 22. - № 13. — P.1705-1711.

28. Hsu F.Y., Chueh S.Ch., Wang Y.J. // Ibid. 1999. -V. 20. - P. 1931-1936.

29. Bakos D. et. al. // Ibid. 1999. - V. 20. - P.191-195.

30. Liu L.S. et. al. //Ibid. 1999. -V. 20. - P. 1097-1108.

31. Rhee S.H., Tanaka J. // Ibid. 1998. - V. 81. - № 11. - P.3029-3031.

32. TenHuisen K.S., Martin R.I., Klimkiewicz M., Brown P.W. // J. Biomed. Mater. Res. 1995. - V. 29. - P.803-810.

33. Lin F.H., Yao Ch.H. et. al. Biomaterials. 1998. - V. 19. - P.905-917.

34. Hirota K., Nishihara K., Tanaka H. // Bio-Medical Mater. Eng. 1993. - V. 3. -№ 3. - P. 147-151.

35. Kousopoulos S., Dalas E. // Ibid. 2000. - V. 216. - P.450-458.

36. Bakos D., Soldan M., Hernandez-Fuentes I. Hydroxyapatite-Collagen-Hyaluronic acid composite // Biomaterials. 1999. - V. 20. - № 2. - P.191-195.

37. Knepper M., Moricca S., Milthorpe B.K. Stability of Hydroxyapatite whily processing short-fibre Reinforced hydroxyapatite ceramics // Biomaterials. 1997. -V. 18. -№ 23. -P.1523.

38. Chang M.C., Ко С.-С., Douglas W.H. Preparation of hydroxyapatite-gelatin nanocomposite. // Biomaterials. 2003. - V. 24. - P.2853-2862.

39. Фомин А.С., Баринов С.М., Иевлев В.М., Фадеева И.В., КомлевВ.С., Белоногов Е.К., Тураева Т.Л. Наноразмерный гидроксиапатит, синтезированный осаждением в растворе желатина // Доклады академии наук -2006.- Т. 411. -№ 3. С. 348-351.

40. Фомин А.С., Комлев B.C., Баринов С.М., Фадеева И.В., Ренгини К. Синтез нанопорошков гидроксиапатита для медицинских применений // Перспективные материалы. — 2006. № 2. — С. 51—54.

41. Калита В.И. Физика и химия формирования биоинертных и биоактивных поверхностей на имплантатах. Обзор // Физика и химия обработки материалов. 2000. - № 5. - С. 28-45.

42. Hench L.L. Bioactive materials: The potential for tissue regeneration // J. Biomat. Mater. Res. 1998. - V. 41. - № 4. - P. 511-518.

43. Баринов C.M., КомлевВ.С. Биокерамика на основе фосфатов кальция. — М.: Наука, 2005.-204 с.

44. Кудинов В.В., Бобров Г.В. Нанесение покрытий напылением: Теория, технология и оборудование. М.: Металлургия, 1992. — 187 с.

45. Fazan F., Marquis P.M. Dissolution behavior of plasma-sprayed hydroxyapatite coating // J. Mater. Sci. Mater. Med. 2000. - V. 11. - P. 787-793.

46. Park E., Condrate R.A., Hoeltzer D.T., Fishman G.S. Interfacial charachterization of plasma-spray coated calcium phosphate on Ti-6A1-4V // Ibid. 1998. - V. 9. - № 11. - P. 643-649.

47. Garcia-Sanz F.J., Mayor M.B., Arias J.L. et al. Hydroxyapatite coatings: A comparative study between plasma-spray and pulsed laser deposiyion tech-niques // J. Mater. Sci. Mater. Med. 1997. -V. 8. - P. 861-865.

48. Ferro D., Barinov S.M., Rau J.V. et al. Calcium phosphate and fluorinated calcium phosphate coatings deposited on titanium by Nd : YAG laser at a high fluence // Biomaterials. 2005. - V. 26. - P.805-812.

49. Antonov E.N., Bagratashvili V.N., Sobol E.N. et al. Excimer laser deposition of apatite at room temperature on titanium substraty // J. Phys. Ser. 1994. - V. 4. — P. 183-186.

50. Antonov E.N., Bagratashvili V.N., Ball M. et al. Influence of target density on properties of laser deposited calcium phosphate coatings // Key Eng. Mater. — 2001.-V. 192.-P. 107-110.

51. Hamdi M., Ektessabi A.M. Elektron beam deposition of thin bioceramic film for biomedical implants // Thin Solid Films. 2001. - V. 398. - P. 385-390.

52. Современные техника и технологии»: Сборник трудов. Томск, 2008. — 4.2. -С. 180-181.

53. Каназава Т. Неорганические фосфатные материалы / Пер с англ. Киев: Наук, думка. - 1998. - 297 с.

54. Орловский В.П., Суханова Г.Е., Ежова Ж.А., Родичева Г.В. Гидроксиапатитная биокерамика // ЖВХО. 1991. - Т. 36. - № 10. - С. 683690.

55. Hench L.L. Bioceramics and the Future // Ceramic and Society. Faenza: Techna, 1995.- P. 101-120.

56. Monma H.J. Processing of synthetic hydroxyapatite // J.Ceram.Soc.Jap. — 1980. -V. 28. -№ 10.-P. 97-102.

57. Yang X., Wang Z. // J. Mater. Chem. 1998. - V. 8 - № 10. - P. 233-237.

58. Ozgur Engin N., Cuneyt A. // J.European Ceram. Soc. 1999. - V. 19. -P. 2569-2572.

59. Yeong K.C.B., Wang J., Ng S.C. Mater. Lett. 1999. -V. 38. - P. 208-213.

60. Zhang S., Gonsalves K.E. Preparation and Characterization of Thermally Sable nanohydroxyapatite // J. Mater. Sci.: Mater. Med. 1997. - V. 8 - № 8. - P. 2528.

61. Elliort J.C. Structure and chemistry of the apatites and other calcium orthophosphates. Amst.: Elsevier. - 1994. - 15 p.

62. Дубок В.А., Ульянин H.B. Синтез, свойства и применение остеотропных заменителей костной ткани на основе керамического гидроксиапатита // Ортопедия, травматология и протезирование. 1998. - Т. 6. - № 3. - С. 2630.

63. Suchanek W., Yashimura M. et. al. // J. Mater. Res. 1995. - V. 10 - № 3. -P. 521-529.

64. Suchanek W., Yashima M., Kakihana M., Yashimura M. // Ibid. 1997. -V. 80.-№ 11.-P. 2805-2813.

65. Mortier A., Lemaitre J., Rondrique L. et. al. Synthesis and Thermal behavior of well crystallized calcium-deficient phosphate apatite // J. Solid. State Chem. —1989.-V. 78.-№2.-P. 215-219.

66. Hattori T. The characterization of HA precipitation // J. Amer. Ceram. Soc. —1990. V. 73. - № 4. - P. 180-185.

67. Орловский В.П., Комлев B.C., Баринов С.М. Гидроксиапатит и керамика на его основе // Неорганические материалы. 2002. - Т. 38. - № 10. — С.1159-1172.

68. Slosarczyk A., Stobierska Е., Paszkiewicz Z., Gawlicki М. Calcium phosphate materials prepared from precipitates with varios calcium: Phosphorus molar ratios // J. Amer.Ceram. Soc. 1996. - V. 79. - № 10. - P. 2539-2544.

69. Руководство по неорганическому синтезу: В 6 т. / Под ред. Г. Брауэра. Пер. с нем. М.: Мир. - 1985. - Т. 2. - 657 с.

70. Губер Ф., Шмайсер М., Шенк В.П. Руководство по неорганическому синтезу. М.: Мир. - 1983. - 572 с.

71. Сафронова Т.В., Шехирев М.А., Путляев В.И., Третьяков Ю.Д. Керамические материалы на основе гидроксиапатита, полученные из растворов различной концентрации // Неорганические материалы. 2007. -Т. 43. - № 8. - С. 1005-1014.

72. Ключников Н.Г. Руководство по неорганическому синтезу. М.: Химия. -1965.-286 с.

73. Кибальчиц В., Комаров В.Ф. Экспресс-синтез кристаллов гидроксиапатита // Журнал неорганической химии. 1980. - Т. 25. - № 2. - С. 565-567.

74. Orlovskii V.P., Barinov S.M. Н and hydroxyapatite ydroxyapatite-matrix ceramics: a survey //Rus. J. Inor. Chem. 2001. -V. 46. -№> 2. - P. 129-149.

75. Hattori Т. Apatitic calcium orthophosphates and related compounds for biomaterials preparation // Ceram. Mater. 1988. - V. 3. - № 4. - P. 426-428.

76. Hench L. Bioceramics: from comcept to clinic // J. Amer. Ceram. Soc. — 1991. -V. 74.-P. 1487-1510.

77. Орловский В.П., Ежова Ж.А., Родичева Г.В., Коваль Е.М., Суханова Г.Е., Тезикова JI.A. Изучение условий образования гидроксиапатита в системе CaCl2-(NH4)2HP04-NH40H-H20 (25 °С) // Журнал неорганической химии. -1992. Т. 37. - № 4. - С. 881-883.

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

79. Турова Н.Я., Яновская М.И. Синтез кристаллов гидроксиапатита // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1983. - Т. 19. - № 5. - С. 693.

80. Вендерма М.А., Кнубовец Р.Г. Замещенные галогениды в структуре гидроксиапатита // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1984. -Т. 20,-№6. -С. 991.

81. Walsh D., Mann S. // Chem. Mater. 1996. - V. 8. - P. 1944.

82. Kandori K., Horigami N. et. al. // J. Amer. Ceram. Soc. 1997. - V. 80. - № 5. -P. 1157-1164.

83. Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций. -М.: Химия, 1970. 519 с.

84. Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика. М.: Химия, 1975. -584 с.

85. Крестовников А.Н., Вигдорович В.Н. Химическая термодинамика. М.: Металлургиздат, 1962. — 470 с.

86. Улих Г. Химическая термодинамика. М.: Госхимиздат, 1933. - 254 с.

87. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Справочник по неорганической химии. М: Химия. - 1987. - 320 с.

88. Термодинамические константы . веществ. Справочник / Под ред. В.П. Глушко. М: ВИНИТИ, 1974, вып.7. - Ч. 1-2. - 690 с.

89. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник: Справ, изд./ Под ред. ПотехинаА.А. и Ефимова А.И. 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1991.-432 с.

90. Термодинамические свойства неорганических веществ. Справочник / Под ред. А.П. Зефирова. М: Атомиздат, 1966. - 530 с.

91. Герасимов В.В. Неорганические полимерные материалы на основе оксидов кремния и фосфора. М.: Стройиздат, 1993. — 296 с.

92. Семчиков Ю.Д. Неорганические полимеры // Соросовский образовательный журнал. 1996. - № 10. - С. 57-62.

93. Холманский А.С. Дихотомия правого и левого в живых системах // Ассиметрия. 2008. - Т.2. - № 3. - С. 60-67.

94. Смирнова З.Г., Илларионов В.В., Вольфкович С.И. Теплоты образования фторапатита, гидроксиапатита и трикальцийфосфатов (а- и ^-модификаций) // Журнал неорганической химии. 1962. - Т. 7. - вып. 8. - С. 1779-1782.

95. Egan Е.Р., Wakefield Z.E., Elmore K.L. Low-temperature Heat Capacity and Entropy of hydroxyapatite. // Amer.Chem. Soc. 1951. - № 73. - p. 5579-5580.

96. Дятлова H.M., Темкина В .Я., Попов К.И. Комплексоны и комплексонаты металлов. М.: Химия, 1988. - 544 с.

97. Вассерман И.М. Химическое осаждение из растворов. Л.: Химия, 1980. -208 с.

98. Лайтинен Г.А., Харрсис В.Е. Химический анализ. М: Химия, 1979. 624 с.

99. Худякова Т.А., Крешков А.П. Теория и практика кондуктометрического и хронокондуктометрического анализа / Под общ. ред. А.П. Крешкова. М.: Химия, 1976.-223 с.

100. Бабко А.К., Пятницкий И.В. Количественный анализ. 3-е изд. М.: Высшая школа, 1967.-495 с.

101. ПЗ.Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии: В 2 т. / Пер с англ. М.: Мир, 1979.-480 с.

102. Химическая энциклопедия: В 5 т. / Под ред. И.Л. Кнунянц, Н.С. Зефирова. М.: Советская энциклопедия, 1988. - Т. 4. - 639 с.

103. Большая Советская Энциклопедия: в 30 т. / гл. ред. А. М. Прохоров. 3-е изд. - М.: Советская энциклопедия, 1976. - Т. 24, кн. 1. - 608 с.

104. Волков В.А. Коллоидная химия. Учебник по курсу Коллоидная химия для химико-технологических специальностей текстильных вузов и вузов легкой промышленности. М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2001. - 640 с.

105. Коузов П.А., Скрябина Л.Я. Методы определения физико-химических свойств промышленных пыл ей. — Л.: Химия, 1983. — 136 с.

106. Кристаллизация и физико-химические свойства кристаллических веществ / Е.В. Хамский, Е.А. Подозерская, Б.М. Фрейдин и др. Л.: Наука, 1969.135 с.

107. Liu С., Huang Y., Shen W., Cui Ою Kinetics of hydroxyapatite precipitation at pH 10 to 11 // Biomaterials. 2001. - V. 22. - P. 301-306.

108. Rodrrigues-Lorenzo L.M., Vallet-Regi M. Controlled crystallization of phosphate apatites // Chem. Mater. 2000. - V. 12. - P. 2460-2465.

109. Цыренова С.Б., Чебунина Е.И., Балдынова Ф.П. Руководство к решению примеров и задач по коллоидной химии. Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2000. -210 с.

110. Уэндландт У.У. Термические методы анализа / Пер. с англ. М.: Мир, 1978.- 526 с.

111. Берг Л.Г Введение в термографию. М.: Наука, 1969.

112. Пиолян Г.О. Введение в теорию термического анализа. М.: Наука, 1964

113. Накамото К. ИК спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений / Пер. с англ. — М.: Мир, 1991. 536 с.

114. Лосев Н.Ф., Смагунова А.Н. Основы рентгеноспектрального флуоресцентного анализа. М.: Химия, 1982. - 206 с.

115. Bertoni E., Bigi A., Falini G., Panzavolta S., Roveri N. Hydroxyapatite/polyacrilic acid nanocrystals. // J. Mater. Chem. 1999. - V. 9. — P. 779-782.

116. Wei G., Ma P.X. // Biomaterials. 2004. - V. 25. - P. 4749-4757.

117. Nayar S., Sinha A. Colloids and surfaces B: Biointerfaces. 2004. - V. 35. -P. 29-32.

118. Бластинг: Гид по высокоэффективной абразивоструйной очистке.— Екатеринбург: ООО ИД Оригами, 2007. 216 с.

119. Усова В.В., Плотникова Т.Н., Кушакевич С.А. Травление титана и его сплавов. -М.: Металлургия, 1984. 128 с.

120. Грилихес С. Я. Полирование, травление и обезжиривание металлов / С. Я. Грилихес; Под ред. В. М. Вячеславова. 3-е изд., доп. и перераб. - Л.: Машиностроение, 1971. - 127 с.

121. Андреев Г.Г., Дьяченко А.Н., Пермяков О.Е. Курс лекций по химической гетерогенной кинетике. Учеб. пособие. Томск: Изд.ТПУ, 2005. - 120 с.

122. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Учеб. пособие для ВУЗов. М.: Высшая школа, 1986.

123. Практические работы по физической химии: Учеб. пособие для вузов / под ред. Мищенко К.П. , Равделя А.А. и Пономаревой A.M. . 4-е изд., прераб. - Л.: Химия, 1982. - 400 с.

124. Практикум по физической химии. Учеб. Пособие для вузов. 3-е изд., прераб. / Под ред. Горбачева С.В. - М.: Высшая школа, 1974. - 496 с.

125. А. с. 1436774 СССР, МКИ4 Н 01 L 21/306. Травитель / Н.А. Богатырева, Т.П. Гузеева, Т.С. Папина, И.Н. Стукалова (СССР). № 4120874/31-25;' Заяв. 17.09.86; Опубл. 08.07.88.

126. Большаков К.А. Химия и технология редких и рассеянных элементов, часть 2. М: Высшая школа, 1976.- 360с.

127. Пат. 2314787 Российская Федерация, МПК6 С 01. Способ покрытия костного имплантата Текст. / Малорян Е.Я., Малорян А.Е.; заявитель и патентообладатель Малорян Е.Я., Малорян А.Е. №2006132491/15; заявл. 12.09.2006; опубл. 20.01.2008.

128. URL: http://www.smed.ru/guides/210/#article

129. Рысс И.Г. Химия фтора и его неорганических соединений. М.: Госхимиздат, 1956. — 665 с.

130. Годнева М.М., Мотов Д.Л. Химия фтористых соединений циркония и гафния. Л.: Наука, 1971. - 112 с.

131. Амфлетт Ч. Неорганические иониты / Пер. с англ. М.: Мир, 1966. -188 с.

132. Ронжин Н.Н., Фридман Г.И., Курденкова Т.Л. ДАН СССР. - 1978. -Т. 241.-№4.-С. 880-883.

133. Лучинский Г.П. Химия титана. М.: Химия, 1971. - 472 с.

134. Андреева В.В., Яковлева В.А. Коррозия и защита конструкционных сплавов. -М: Наука, 1966. С. 124-147.

135. Дельмон Б. Кинетика гетерогенных реакций. — М.: Мир, 1972. 702 с.

136. Эммануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. М.: Высшая школа, 1974.

137. Бенсон С. Основы химической кинетики. М.: Мир, 1964.

138. Басоло Ф., Пирсон Р. Механизмы неорганических реакций. М.: Мир, 1969.

139. Курс общей химии / Под ред. Герасимова Я.И. Т. 2. - 2-е изд. — М.: Химия, 1973.-624 с.

140. Борисова Е.А., Бочвар Г.А., Брун М.Я., Глазунов С.Г. и др. Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов. М.: Металлургия, 1980. - 464 с.

141. Беккерт М.Н. Справочник по металлографическому тралению. 1979. -340 с.

142. Майер Э.А., Дудченко В.К., Поддубняк А.Н., Аркатов О.Л. Свехвысокомолекулярный полиэтилен: новая реальность отечественной промышленности полиолефинов // Пластические массы. 2003. - № 8. -С. 3^4.

143. Андреева И.Н., Веселовская Е.В. Свехвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности. Л: Химия, 1982.- 80 с.

144. Шифрина B.C., Самосатский Н.Н. Полиэтилен. Переработка и применение / под ред. Щуцкого С.В. Л.: Госхимиздат, 1961. - 262 с.

145. Полимеры: Пер. с англ. / Говарикер В .Р., Висванатхан Н.В, Шридхар Дж. -М.: Наука, 1990.-396 с.

146. Пахомов П.М., Ларионова Н.В., Алексеев В.Г. ИК-спектроскопическое изучение гель-состояния высокомолекулярного полиэтилена // Высокомолекулярные соединения. Серия А. - 1995. - Т. 37. - № 5. - С. 892-895.

147. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М: Химия, 1989. -448 с.

148. Михайлова Ю.Н., Назарова Е.В., Хижняк С. Д., Ананьева Т. А., Пахомов П.М. Структура и свойства наполенных и плёночных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена // Журнал прикладной химии. 2002. - Т. 75.-Вып. 1.-С. 107-112.

149. Тугов И.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика полимеров. М: Химия, 1989.-432 с.

150. Рабек Я. Экспериментальные методы в химии полимеров / Пер. с англ.: В 2 ч.- М.: Мир, 1983.- Ч. 1.-382 с.

151. Пахомов П.М., Чмель А.Е., Хижняк С.Д., Галицын В.П. Кристаллическая фаза в гелях полиэтилена 11 ДАН. 2002. - Т. 386. - № 2. - С. 220-222.

152. Пахомов П.М., Хижняк С.Д., Голикова А.Ю., Галицын В.П., Чмель А.Е. От полимерных гелей к высокопрочным волокнам. Структурный аспект // Высокомолекулярные соединения. Серия А. - 2005. - Т. 47. — № 4. — С. 652-655.

153. Яковлев А.Д. Технология изготовления изделий из пластмасс: учебник для профессионально-технических учебных заведений и подготовки рабочих на производстве. 2-е изд. - Л.: Химия, 1972. - 342 с.

154. Лоусон К. Инфракрасные спектры поглощения неорганичаских веществ: пер. с англ. / К. Лоусон ; пер. Е. М. Дианова; под ред. Н. А. Ирисовой. М.: Мир, 1964.-298 с.

155. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений /Пер. с англ.-М.: Мир, 1965.-212 с.

156. URL: http://www.mehaniks.ru.

157. Углов A.A., Анищенко JI.M., Кузнецов С.Е. Адгезионная способность плёнок. М.: Радио и связь, 1987.-104 с.

158. Головин Ю.И. Наноиндентирование и его возможности. М.: Машиностроение, 2009. - 312 с.171