Разработка упрочняющих биоактивных покрытий медицинского назначения

Н.Е. Зинин¹, курсант гр. 15-31, В.Н. Смолянинов¹,курсант гр. 15-31, И.М. Трегубов²

1 Вунц ввс «Военно-воздушная академия»

Кафедра физики и химии

2 Фгбоу впо «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра физики твёрдого тела

Целью данной работы является разработка упрочняющих покрытий на основе композитов металл-керамика, обладающих высокой биосовместимостью и продлевающих срок службы имплантатов, вживляемых в организм человека, благодаря наноструктуре и высоким механическим свойствам.

Одной из главных трудностей в использовании имплантатов является разрушение кости вокруг, при его вживлении в организм человека, что в свою очередь, со временем приводит к его потере. Помимо сложностей с низкой степенью приживаемости, недостаточной длительной устойчивостью в организме человека, возникает ещё и проблема поиска биоактивного материала, который бы способствовал быстрому заживлению и продлевал срок службы вживленного имплантата. На сегодняшний день не один из разрабатываемых керамических материалов на основе ГА не доведен до стадии клинического применения, из-за неудовлетворительных показателей механических свойств, и низкой эксплуатационной надежности.

Одним из возможных вариантов разрешения подобных сложностей является использование сочетания металлической основы, из которой изготовлен имплантат с нанесенным на него упрочняющим композиционным покрытием. Данный подход основан на придании биологической совместимости металлу, обладающему хорошими механическими свойствами, посредством нанесения на его поверхность покрытия. Как показывают исследования [1], рост эксплуатационных характеристик в композиционных покрытиях металл-керамика обеспечивается не столько за счет элементного состава покрытия, сколько за счет его морфологии и наноструктурированности. А улучшение физико-механических свойств модифицированного поверхностного слоя, достигается также и в силу синергетического эффекта получается композиция с характеристиками, которые не могут быть достигнуты при применении каждого материала в отдельности.

Для создания и разработки уникального покрытия для каждого конкретного случая его использования необходим дифференцированный подход, что позволит оптимизировать свойства разрабатываемого покрытия для наиболее эффективного применения. Решается это технологией ионно-лучевого распыления, которая позволяет варьировать фазовый состав покрытия в достаточно широких пределах, а также варьировать элементный состав, что дает возможность сочетать в материале оптимальные для данной задачи свойства и характеристики. Метод ионно-лучевого распыления не требует относительно высоких температур, обеспечивает достаточную химическую и структурную однородность, а также является наиболее перспективным с точки зрения воспроизводимости состава и структуры. Использование указанной технологии позволяет брать химическую основу покрытий максимально близкую к элементному составу ГА, (т.е. фосфату кальция, являющегося основой минеральной компоненты костной ткани), а в результате процессов атомной самоорганизации производить формирование композитной наноструктуры.

Литература

1. Трегубов И.М. Упрочняющие покрытия из гранулированного композита Fe_x(Al₂O₃)_100-x / И.М. Трегубов, О.В. Стогней, М.Ю. Смолякова, Д.Н. Клименко, М.А. Каширин // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2013. – №2. – С.37 – 44.

УДК 538.935