Многофункциональные покрытия для сплавов медицинского назначения

• Автор: Пузь, Артем Викторович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 164 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Материалы и сплавы, применяемые в современной имплантационной хирургии

1.2. Полимерные материалы, стекла, керамика

1.3. Сплавы титана, циркония и магния

1.4. Формирование покрытий на поверхности никелида титана методом плазменного электролитического оксидирования

1.5. Понятие биологической совместимости

имплантационных материалов

1.6. Роль фосфатов кальция в процессах остеосинтеза

1.7. Формирование кальций-фосфатных соединений in vitro
в Simulated Body Fluids
1.8. Биодеградируемые имплантационные материалы
на основе сплавов магния
1.9. Анализ литературных данных и постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Характеристика материалов. Подготовка образцов
2.2. Установка для плазменного электролитического
оксидирования образцов
2.3. Методы исследования структуры, состава и свойств
поверхностных слоев
2.3.1. Рентгенофазовый анализ (РФА)
2.3.2. Атомно-абсорбционный анализ
2.3.3. Электронно-зондовый микроанализ
2.3.4. Сканирующая электронная микроскопия
2.3.5. Электрохимическая импедансная спектроскопия
2.3.6. Определение микротвердости и
упругопластических свойств оксидных слоев
2.3.7. Исследование адгезионных характеристик покрытий
2.3.8. Определение термостабильности покрытий
2.3.9. Методика исследования биоактивности образцов in vitro
2.3.10. Методика исследования биоактивности образцов in vivo
2.3.11. Механизмы дифференцировки культуры стволовых стромальных клеток в системе in vitro
ГЛАВА 3. ЗАЩИТНЫЕ АНТИКОРРОЗИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ НИКЕЛИДА ТИТАНА
3.1. Плазменное электролитическое оксидирование никелида титана
3.2. Влияние плазменного электролитического оксидирования
на механические характеристики никелида титана
3.3. Влияние плазменного электролитического оксидирования на антикоррозионные свойства, адгезивную и температурную устойчивость слоев, сформированных на никелиде титана
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ПЭО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ БИОАКТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ
4.1. Формирование на крупнокристаллическом титане поверхностных слоев, содержащих гидроксиапатит
4.2. Формирование биоактивных покрытий
на наноструктурированном титане
4.3. Определение биоактивности кальций-фосфатных покрытий in vitro
4.4. Определение биоактивности кальций-фосфатных покрытий in vivo
4.5. Исследование влияния физико-химических параметров кальций-фосфатных ПЭО-покрытий на молекулярно-клеточные и тканевые аспекты остеогенной дифференцировки стромальных стволовых клеток
ГЛАВА 5. БИОРЕЗОРБИРУЕМЫЕ ПОКРЫТИЯ
НА СПЛАВЕ МАГНИЯ МА
5.1. Формирование биорезорбируемых покрытий на сплаве МА
5.2. Электрохимическое поведение ПЭО-покрытий на сплавах магния в физиологическом растворе Хэнка
5.3. Определение антикоррозионной стойкости и биоактивности кальций-фосфатных покрытий на сплаве магния in vitro в SBF-растворе
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
Современная медицина широко использует искусственные материалы для замены поврежденных тканей и органов. В зависимости от их назначения, вводимые в организм имплантаты должны постепенно замещаться живой тканью и/или функционировать в течение длительного периода времени.
Тело человека является сложной биологической системой, в которой все компоненты работают слаженно. На поверхности и границах раздела имплантата и мягких тканей организма проходят биологические процессы, осуществляемые, в частности, на клеточно-матричном, наноразмерном уровне. Поиск новых биосовместимых материалов с наноструктурными характеристиками реализуется согласно биомиметическому подходу, в соответствии с которым искусственные наноматериалы имитируют свойства биоматериалов из живой природы. Прогресс в этой области возможен лишь на основе междисциплинарных исследований в химии, медицине, биологии и физике. Специалисты в области материаловедения, биологии и медицины тесно сотрудничают в настоящее время для того, чтобы понять сложные процессы взаимодействия клеток тела с чужеродной поверхностью имплантируемого материала. Биологически активные свойства поверхности раздела между тканями организма и имплантируемым материалом должны рассматриваться в корреляции с ее специфическими свойствами. Химический состав поверхности, ее физикохимические характеристики, шероховатость и морфология определяют активность различных клеточных структур, действующих как раздельно, так и синергетически. Связь между физико-химическими свойствами поверхности и клеточным откликом еще далеко не ясна. Прогресс в данной области приведет к созданию нового поколения материалов, которые более эффективно и успешно могут быть внедрены в тело человека в терапевтических целях.
Классическая концепция биоинертных или биоактивных материалов с развитием материаловедения и химической науки будет смещаться в область создания более совершенных биоматериалов, которые могли бы реагировать или способствовать осуществлению различных реакций с биологической средой в зависимости от состояния поверхности имплантируемого материала. Свойства

данном случае поры в составе покрытия, запечатанные ультрадисперсным политетрафторэтиленом (УПТФЭ, [57]), могут служить контейнерами для наполнения их антибиотиками и другими лекарственными препаратами. Лекарство может постепенно выделяться из пор и таким образом обеспечивать антибактериальные свойства, тем самым предотвращая процесс инфицирования поверхности имплантата и окружающих тканей организма.
Неорганические антибактериальные агенты включают соединения серебра, оксид цинка ХпО и углеродные пленки. Ионы серебра А§+ в небольших концентрациях токсичны для бактерий и нетоксичны для человека. Они блокируют деятельность клеточных мембран бактерий, замещая жизненно важные для бактерий ионы Zn2+. Антибактериальными свойствами обладает также диоксид титана ТЮг-
Было предпринято много попыток разработать способы придания имплантатам антибактериальных функций [58-60]. Под действием УФ облучения диоксид титана может обладать фотокаталитическим эффектом и разрушать различные компоненты бактерий вследствие формирования каталитически активных частиц, содержащих кислород: О2, ОН”, Н2С>2. Эти вещества могут убивать бактерии, вызывая разрушение клеточных мембран. Имплантация ионов фтора Б” в ТЮ2-покрытия также увеличивает их антибактериальные свойства [61].
1.6. Роль фосфатов кальция в процессах остеосинтеза
Костная ткань по составу представляет собой композиционный материал на основе белка коллагена и ультрадисперсного карбонатсодержащего гидроксиапатита с многоуровневой структурной организацией компонентов. По химическому составу соединения на основе гидроксиапатита близки к составу кости, что позволяет широко применять их в медицине. На практике было установлено, что крупные кристаллы гидроксиапатита медленно превращаются в костную ткань по мере резорбции (растворения в организме) в отличие от высокодисперсных аморфного и нанокристаллических фосфатов кальция.