Формирование биоактивных покрытий методом ВЧ-магнетронного распыления мишеней сложного состава в атмосфере различных рабочих газов

В работе исследовано влияние рабочего газа (Ne, Ar, Kr, Xe) на физико-химические, механические и биологические свойства покрытий, сформированных методом высокочастотного магнетронного распыления мишеней из гидроксиапатита. Установлено, что покрытия, сформированные в атмосфере Xe полностью аморфные, и имеют высокую адгезию к подложке. Также было установлено, что распыление мишеней ГАП в Ar и Kr приводит к образованию покрытий с близким к стехиометрическому соотношению Ca/P для ГАП. Покрытия, сформированные в Ne и Xe, имеют более высокое отношение Ca/P, чем стехиометрический ГАП.

Введение …………………………………………………………………………………………………………………… 14
1 Обзор литературы ………………………………………………………………………………………………… 16
1.1 Титановые имплантаты……………………………………………………………………………. 17
1.2 Фосфаты кальция ……………………………………………………………………………………… 19
1.3 Биоактивность и биосовместимость кальций-фосфатных покрытий . 20
1.4 Биосовместимые материалы на основе ортофосфатов кальция ……….. 23
1.4.1 Ортофосфаты кальция, полученные в водных растворах …………… 24
1.4.2 Высокотемпературные ортофосфаты …………………………………………….. 27
1.5 Методы осаждения кальций-фосфатных покрытий ……………………………. 28
1.5.1 Плазменное напыление ……………………………………………………………………. 28
1.5.2 Электрохимическое осаждение ………………………………………………………. 30
1.5.3 Электрофоретическое осаждение …………………………………………………… 31
1.5.4 Биомиметическое осаждение ………………………………………………………….. 32
1.5.5 Микродуговое оксидирование ………………………………………………………… 32
1.5.6 Высокочастотное магнетронное распыление ……………………………….. 35
2 Материалы и методы …………………………………………………………………………………………… 39
2.1 Подготовка образцов к напылению……………………………………………………….. 39
2.1.1 Формирование покрытий …………………………………………………………………. 41
2.2 Методы исследования ……………………………………………………………………………… 43
2.2.1 Сканирующая электронная микроскопия ……………………………………… 43
2.2.2 Атомно-силовая микроскопия ………………………………………………………… 43
2.2.3 Энергодисперсионная спектроскопия ……………………………………………. 44
2.2.4 Рентгеноструктурный анализ ………………………………………………………….. 44
2.2.5 Адгезионные свойства покрытий …………………………………………………… 44
2.2.6 Статистический анализ …………………………………………………………………….. 45
3 Результаты и обсуждение …………………………………………………………………………………… 46
3.1 Толщина и скорость осаждения покрытий …………………………………………… 46
3.2 Морфология покрытий ……………………………………………………………………………. 48
3.3 Элементный состав покрытий ………………………………………………………………… 49
3.4 Фазовый состав покрытий ………………………………………………………………………. 50
3.5 Нанотвердость и модуль Юнга покрытий ……………………………………………. 51
3.6 Адгезия покрытий…………………………………………………………………………………….. 52
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …. 55
4.1Введение ……………………………………………………………………………………………………… 55
4.1.1 Анализ конкурентных технических решений ………………………………. 55
4.1.2 Тенденции развития и сегментация мирового рынка изделий из
биоматерилов ……………………………………………………………………………………………………………57
4.1.3 Потенциальные потребители результатов исследования …………… 59
4.1.4 SWOT-анализ …………………………………………………………………………………….. 59
4.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования …………………………………………………………………………………………………………….61
4.2 Планирование научно-исследовательских работ ………………………………… 62
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования ……………………… 62
4.2.2 Организационная структура проекта …………………………………………….. 62
4.2.3 Определение трудоемкости выполнения работ ……………………………. 63
4.2.4 Разработка графика проведения исследования ……………………………. 64
4.3 Бюджет научного исследования …………………………………………………………….. 68
4.3.1 Затраты на расходные материалы…………………………………………………… 69
4.3.2 Основная заработная плата ……………………………………………………………… 69
4.3.3 Накладные расходы ………………………………………………………………………….. 72
4.3.4 Определение ресурсоэффективности исследования……………………. 73
5 Социальная ответственность ……………………………………………………………………………… 77
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности … 78
5.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя)
правовые нормы трудового законодательства. …………………………………………………..79
5.1.2Организация рабочего места оператора ЭВМ ……………………………….. 79
5.2 ………………………………………………………………… Производственная безопасность
……………………………………………………………………………………………………………………………………. 81
5.2.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов ………….. 82
5.2.2 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней
опасного и вредного воздействия и устранению их влияния при работе на
ПЭВМ и установке «Катод–1М». ………………………………………………………………………….82
5.2.3 Пожарная и взрывная безопасность……………………………………………….. 85
5.2.4 Организационные мероприятия обеспечения безопасности ……… 86
5.2.5 Требования безопасности при работе с газовыми баллонами …… 87
5.3 Экологическая безопасность ………………………………………………………………….. 88
5.4 Защита в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………………….. 89
5.4.1 Электробезопасность………………………………………………………………………… 89
Заключение ………………………………………………………………………………………………………………. 92
Список использованной литературы……………………………………………………………………. 93
Приложение А ……………………………………………………………………………………………………….. 103

В результате проведенных работ, на поверхности титановых подложек
были сформированы кальций – фосфатные покрытия методом
высокочастотного магнетронного распыления мишени из гидроксиапатита в
атмосфере различных инертных газов (Ne, Ar, Kr, Xe) и исследованы их
физико-химические, механические и биологические свойства.
Установлено, что наибольшей скоростью осаждения из всех
исследуемых покрытий характеризуются КФ покрытия, сформированные в
атмосфере Ar и Kr. Наименьшая скорость осаждения КФ покрытий, была
отмечена у покрытий, сформированных в атмосфере Xe.
Показано, что атомный вес рабочего газа влияет на размер
кристаллитов и морфологию поверхности покрытий. Размер кристаллитов
покрытий увеличивается с увеличением атомного веса рабочего газа.
Не обнаружено значительного различия в элементном составе
покрытий, сформированных в атмосфере Ne, Ar, Kr и Xe. Однако распыление
мишеней ГАП в Ar и Kr приводит к образованию покрытий с близким к
стехиометрическому соотношению Ca/P для ГАП. Покрытия,
сформированные в Ne и Xe, имеют более высокое отношение Ca/P, чем
стехиометрический ГАП. Покрытия, сформированные в атмосфере Xe
полностью аморфные, и имеют высокую адгезию к подложке.
Выявлено, что наилучшие показатели из исследуемых групп образцов,
по жизнеспособности ММСК, показали образцы с тонкими аморфными
покрытиями, сформированными Xe.