Получение кальций-фосфатного покрытия микродуговым методом. Структура и свойства биокомпозита на основе титана с кальций-фосфатными покрытиями

• Автор: Шашкина, Галина Алексеевна
• Шифр специальности: 05.17.11, 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 184 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ

В МЕДИЦИНЕ

1.1. Керамические биоматериалы

1.1.1. Гидроксилапатит

1.1.2. Ртрикальцийфосфат

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 кальцийфосфатное покрытие. Структура и свойства
1.3.3. Методы формирования кальций фосфатных покрытий на поверхности титана и титановых сплавов
1.3.4. Модификация структуры и свойств композиционных материалов титан кальцийфосфатное покрытие методами термообработки
1.3.5. Биологические свойства композиционных материалов титан кальцийфосфатное покрытие
Заключение
ГЛАВА 2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Постановка задач исследования
2.2. Материалы и подготовка образцов
2.2.1. Нанесение и термообработка кальцийфосфатных покрытий
2.2.2. Формирование УМЗ состояния в титане ВТ
2.3. Методы исследований
2.3.1. Фазовый и элементный составы
2.3.2. Исследование морфологии поверхности кальций фосфатных покрытий
2.3.3. Изучение механических свойств
2.3.4. Биологическое тестирование
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ КАЛЬЦИЙФОСФАТНЫХ ПОКРЫТИЙ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ КАЛЬЦИЯ НА ТИТАНОВУЮ ПОДЛОЖКУ МИКРОДУГОВЫМ МЕТОДОМ
3.1. Модификация состава электролитов
3.2. Формирование микродуговых покрытий в электролитах на основе тринатрийфосфата
3.3. Формирование микродуговых покрытий в электролитах на основе Н3Р
3.4. Влияние соотношения концентраций элементов электролитов на формирование микродуговых покрытий
3.5. Формирование микродуговых кальцийфосфатных покрытий на УМЗ титане в электролитах на основе Н3РО
Заключение
ГЛАВА 4. МОРФОЛОГИЯ, ФАЗОВЫЙ И ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВЫ МИКРОДУГОВЫХ КАЛЬЦИЙФОСФАТНЫХ ПОКРЫТИЙ
4.1. Кальцийфосфатные покрытия, сформированные в исходном электролите
4.2. Кальцийфосфатные покрытия, сформированные в модифицированном электролите
4.3. Кальцийфосфатные покрытия, сформированные на поверхности УМЗ титана в исходном и модифицированном электролитах
4.3.1. Кальцийфосфатные покрытия, сформированные в исходном электролите
4.3.2. Кальцийфосфатные покрытия, сформированные в модифицированном
электролите
4.4. Сравнительный анализ исследуемых кальцийфосфатных покрытий0 Заключение
ГЛАВА 5. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИОМАТЕРИАЛОВ ТИТАН ВТ КАЛЬЦИЙФОСФАТНОЕ ПОКРЫТИЕ И УМ3 ТИТАН КАЛЬЦИЙФОСФАТНОЕ ПОКРЫТИЕ
5.1.Поведение биоматериалов при растяжении
5.2. Поведение биоматериалов при циклических нагрузках
5.3. Микротвердость кальцийфосфатных покрытий, нанесенных на поверхность титана
5.4. Адгезионная прочность кальцийфосфатных покрытий, нанесенных на
поверхность титана
Заключение
ГЛАВА 6. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ БИОМАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА С КАЛЬЦИЙФОСФАТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ
6.1.Тестирование i vi
6.2.Тестирование i viv
Заключение
Литература
Приложение
Введение


ГА является соединением с определенным химическим составом и определенной кристаллографической структурой. Структура ГА с указанием точного положения атомов в кристалле впервые была определена Биверсом К. А. и МакИнтайром Д. В. при исследовании природного минерала . Позднее Кэй Дж. Ф. с коллегами уточнили структуру ГА по данным исследования синтезированного ГА. По своей структуре ГА относится к гексагональной системе с пространственной группой Рт. Минимальная структурная единица, структурная ячейка, содержит полное представление о кристалле апа
тита, состоящего из групп, в состав которых входят ионы кальция Са , фосфатионы РО и гидроксидионы ОН, плотно упакованных, как показано на рис. Десять атомов кальция представлены как Са1 и II, в зависимости от окружающих их функциональных групп. Четыре атома кальция занимают положение Са1 два на уровняе 0 и два на уровне 0,5. Шесть атомов кальция занимают положения СаН одна группа из трех атомов кальция, образующих треугольник, расположена у 0,, другая группа из трех атомов кальция расположена у 0,. Обе эти группы окружают ОН группы, находящиеся в углах единичной структурной ячейки у 0, и 0,, соответственно рис. Шесть тетраэдров фосфатовионов РО расположены по спирали от уровней 0, до 0,. Сеть групп РО обеспечивает каркас, придающий структуре апатита стабильность. Атомы кислорода, находящиеся в Р3ионах, идентифицируются как один Оь один О и два Ош. Расположение атомов во фторапатите СаюРС4бр2 и хлорапатите СаюРбС, в которых фторидион и хлоридион СГ соответственно замещают ОН группы в структуре апатита, аналогично. Фторидион или хлоридион СГ, замещающие ОН группу, различаются в отношении положения ОН группы, которую они замещают. Фторидион , хлоридион СГ, ОН группы расположены вдоль оси с в центре треугольников СаН рис. Янг Р. А. и Элиот Дж. К. 1. Структура ГА допускает большое количество как катионных, так и анионных замещений. Эти замещения приводят к изменению таких свойств ГА, как степень кристалличности, морфология и стабильность структуры апатита 1, ,. Так, частичное замещение кальция на магний приводит к уменьшению удельной площади поверхности и к образованию второй фазы фосфат магния. При этом расширяется температурный интервал спекания ГА 1, . Рис. Элиот Дж. К. и Янг Р. А. в своих исследованиях показали , , что замещение гидроксидиона на хлоридион рис. ГА, что обусловлено увеличением размеров кристалла и уменьшением количества деформаций кристаллической решетки. Подобное влияние оказывает также замещение ОНиона на Рион рис. Повышенная стабильность и степень кристалличности обуславливает низкую растворимость хлор и фторзам еще иного ГА в биологических средах по сравнению с самим ГА 1. Карбонатион СО может замещать как ОНрион так и Р3ион, что обозначается, соответственно, как замещения типа А или типа В. Эти два типа замещения оказывают противоположное влияние на свойства ГА. В случае типа Л, замещение небольшой линейной ОНгруппы на плоскую СОз2группу большего размера приводит к увеличению размеров кристаллов ГА и повышению стабильности. В случае типа В замещение тетраэдральной Р3группы больших размеров на плоскую группу СО приводит к росту деформации кристаллов и снижению стабильности ГА. Исследования показали 1, И, , что карбонатнозамещенный ГА более растворим по сравнению с другими апатитами. Как показано в 1, ионы кальция в ГА могут быть замещены на следующие катионы стронций 2, магний 2, барий Ва2, свинец РЬ2 и т. Фосфатионы могут быть замещены на ванадаты, бораты, манганаты и т. Различия в параметрах решетки между замещенным и незамещенным ГА определяются размером и количеством замещающих ионов. Другие замещения в ГА, кроме замены ОНгруппы на или СГионы, или С2ионы, а также замещения РО ионов на С2ионы, упомянутые выше, также влияют на такие свойства ГА, как степень кристалличности, термостабильность и растворимость кристаллов ГА 1,. При одновременном присутствии в структуре ГА замещающие ионные группы могут оказывать интегральное или антагонистическое воздействия на свойства Г А. Рис. Рис.