авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Основытехнологии формированияэлектрохимических оксидныхпокрытий на изделиях медицинскогоназначения

-- [ Страница 1 ] --

На правахрукописи

Родионов ИгорьВладимирович

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ

ОКСИДНЫХПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯХ

МЕДИЦИНСКОГОНАЗНАЧЕНИЯ

Специальность:02.00.05 –Электрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соисканиеученой степени

доктора техническихнаук

Саратов2011

Работавыполнена в Саратовском государственномтехническом

университете

Научныйконсультант:

доктор химическихнаук, профессор Попова СветланаСтепановна

Официальные оппоненты:

доктор химическихнаук, профессор,

ПарфенюкВладимир Иванович доктор технических наук,профессор

БалмасовАнатолий Викторович

доктор технических наук,профессор

ФоменкоЛюбовь Афанасьевна


Ведущаяорганизация:


Казанскийгосударственный технологическийуниверситет

Защита состоится «18» февраля 2011года в 13.00 на заседании диссертационного советаД.212.242.09 вСаратовском государственном техническомуниверситете по адресу: 410054, г. Саратов, ул.Политехническая, 77, ауд. 319/1 кор.

С диссертацией можноознакомиться в научно-техническойбиблиотеке Саратовского государственноготехнического университета (410054, г. Саратов,ул. Политехническая, 77).

Автореферат размещен насайте http://www.sstu.ru «18» января 2011г.

Автореферат разослан«18» января 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета В.В. Ефанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ

Материалы,представленные в работе, посвященысозданию металлооксидных покрытий с новымифункциональными качествами дляиспользования на изделиях медицинскойтехники –имплантатах. Исследования направлены напоиск и разработкурациональных научно-технических решенийпо формированию оксидных покрытий с наборомфизико-химических и механическихсвойств, придающих изделиям совместимость сбиоструктурами. В диссертации приводятся особенностиприменения методов электрохимического игазотермического оксидирования, а также катодногомодифицирования в созданииимплантатов сметаллооксидными покрытиями, определяетсявлияние состава окислительной среды,режимов обработки и свойствиспользуемых металлов и сплавов на характеристики получаемых покрытий. По итогамисследований сформулированы научныепринципы и разработаны основы технологииформирования металлооксидных покрытий на медико-техническихизделиях.

Актуальностьработы. Возможность получения ипрактического использованияэлектрохимических оксидных покрытий намедицинских изделиях, функционирующих вкостных структурах, является весьмаактуальной, т.к. создаваемые на поверхностиизделий металлооксидные слои способныобеспечить повышенный уровень ихадаптации к окружающим условиям. При этомизвестно, что большинство разрабатываемыхи получаемых на металлах функциональныхоксидных покрытий широко применяется втехнических системах различногоназначения и служит для нуждмикроэлектроники, машиностроения,химического аппаратостроения и многихдругих отраслей промышленности, тогда каквозможность использования оксидных покрытий в производствемедико-технических изделий являетсясильно ограниченной из-за отсутствиярезультатов комплексных исследованийтаких свойств поверхностных оксидов,которые определяют качества ихсовместимостис биосистемами и способностьинтеграционного взаимодействия с тканямиорганизма. Ранее оксидные покрытияформировались на металлах, в основном, с цельюповышения их защитных свойств,электроизоляционной способности,износостойкости, а также для декоративнойотделки, но в качестве функциональных покрытий наизделиях медицинского назначения нерассматривались.



Создание таких оксидныхпокрытий путем использования различныхвидов оксидирования требует разработкирациональных технологических способовобработки с охватом многихэлектрофизико-химических особенностейпротекания процессов. Особенно важноезначение при этом имеют условия проведенияоксидирования, физико-химические свойстваобрабатываемого материала, состав иокислительная способностьтехнологической среды, ее выбор дляэффективной обработки изделий,выполняемых из различных металлическихматериалов.

Использование металлооксидных соединений,получаемых электрохимическимоксидированием, а также оксидированием металловв различных газах, в качествефункциональных покрытиймедико-технических изделий, позволитрасширить спектр областей применения какоксидных покрытий, так и технологий ихформирования.

Получениеметаллооксидных покрытий, обладающихсовместимостью с биологическимиструктурами и способностью к интеграции сними, требует проведения комплексатеоретических и экспериментальныхисследований физико-химических имеханических характеристик формируемыхоксидов, закономерностей ихизменения в зависимости от составаокислительной среды, режимов обработки и свойствметаллов и сплавов, применяемых дляоксидирования.Это требует разработки научных основ ипринципов создания оксидных покрытий скачествами биосовместимости, а такжетехнологических рекомендаций по применениюпроцессов оксидирования в производствеизделиймедицинской техники.

Поэтомуцелью работы являетсяразработка физико-химических основтехнологии формированияэлектрохимических металлооксидныхпокрытий намедицинских имплантатах и создание на этойбазе высокоэффективных технологийоксидирования.

Длядостижения поставленной цели решалисьследующие задачи:

–определение влияниятехнологических условий анодированиятитановыхимплантатов в сернокислых электролитах нафизико-химические и механические свойстваоксидных покрытий, исследование механизмаи кинетических закономерностей аноднойобработки, разработка технологическихрекомендацийпо формированию анодно-оксидныхпокрытий наимплантатах;

–повышение качества оксидированных изделийпутем их катодного модифицированиялантаном для придания антибактериальныхсвойств поверхности,определение закономерностейэлектрохимического внедрения лантана в поверхностно-пористые оксидныепокрытия;

–установление влияния условийгазотермических видов оксидированиястальных и титановых изделий нахарактеристики оксидных покрытий, а такжеопределение технологических особенностейгазотермического окисления металлов исплавов медицинского назначения;

–проведение сравнительных испытанийанодированных и термооксидированныхимплантатов для определения ихкоррозионно-электрохимической активностии установления уровня адаптации в организме; оценка эффективности примененияоксидированных изделий;

–разработка физико-химических итехнологических принципов созданиясовременных медицинских изделий свысококачественными электрохимическимиоксидными покрытиями.

Научная новизна диссертации заключается вразработке научно обоснованныхфизико-химических принципов созданиявысокоэффективных технологическихпроцессов формирования электрохимическихоксидных покрытий медицинского назначения ихарактеризуется следующимиположениями:

1. Выполненытеоретико-экспериментальные исследованияпо формированию анодно-оксидных покрытий напескоструйно-обработанных поверхностях Ti имплантатов всернокислых электролитах. Установлено, чтодобавление вэлектролит анодирования сульфата CuSО4обеспечивает формированиепокрытий сповышенными показателямибиосовместимости за счет активирующего химическогодействия катионов Сu2+ на Ti анод, а добавлениев электролит силиката натрия и ПАВ(сульфонола) позволяет совместитьэлектрохимические процессы обезжиривания иоксидирования Ti изделий в одной технологической операции.Выявлены закономерности изменения свойствпокрытий в зависимости от состава электролита ипараметров режима электролиза.

2. Проведенытеоретико-экспериментальные исследованиякатодного модифицирования пористыхоксидных покрытий лантаном из раствора(С7Н5О3)3 La вдиметилформамиде. Установлен механизмэлектрохимической модификации иопределены кинетические закономерностипроцесса.

3. Разработаны и предложены длявнедрения новые высокоэффективныетехнологические решения по созданиюфункциональных оксидных покрытий наметаллах и сплавах медицинскогоназначения –нержавеющей хромоникелевой стали (12Х18Н9Т,12Х18Н10Т), титане и его сплавах(ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ6, ВТ16); разработаны процессыоксидирования имплантатов в различныхреакционных средах (воздух, перегретыйводяной пар, смеси инертных (Аr, Ne, He) иокисляющих (О2,СО2) газов) дляполучения высококачественныхметаллооксидных покрытий.

4. Произведенпотенциометрический анализ основногопоказателя качества электрохимических и газотермическихоксидных покрытий имплантатов – коррозионнойстойкости в средах организма и определеназависимость коррозионного потенциала от видапокрытия. Установлено, что послефункционирования изделий в организмепотенциал оксидированной поверхностисмещается в более положительную областьзначений благодаря образованию на нейтонкой пленки белковых структур.

5. Лабораторнымииспытаниями и испытаниями in vivo доказанавысокая эффективность примененияимплантатов как с анодно-оксидными, так итермооксидными покрытиями, в том числе,катодно-модифицированными лантаном сантибактериальными свойствами.

6. Разработан общийнаучный подход к созданию технологийформированияразличных видов оксидных покрытий новогофункционального назначения на изделияхмедицинской техники.

Практическаязначимость работызаключается в том, что:

– разработаны и запатентованы новыевысокоэффективные технологические процессыформирования оксидных покрытий намедицинских изделиях, выполняемых изразличных металлических материалов;

– создана оригинальная конструкцияспециализированного электролизера для эффективногогруппового анодирования титановыхимплантатов; разработаны технологические схемыизготовления изделий с анодно-оксиднымипокрытиями, получаемыми как при проведенииотдельных операций обезжиривания ианодирования, так и при их совмещении; данырекомендации по сернокислотномуоксидированию изделий и формированиюулучшенных свойств электрохимическихоксидных покрытий;

–разработаны специализированноеоборудование и схема технологическогомаршрута изготовлениятермооксидированных стальных и титановыхимплантатов, а также даны рекомендации посозданию оксидных покрытий с высокимипоказателями качества;

–созданы и апробированы опытные партииоксидированных имплантатов при испытанияхin vitro и in vivo, при этомопределено влияние комплекса показателейфизико-химических и механических свойствэлектрохимических и газотермическихоксидных покрытий на эффективность приживленияизделий ворганизме;

–получены новые экспериментальные данные овлиянии функциональных характеристик металлооксидныхпокрытий на биосовместимость изделий; предложеныновые технологические процессы обработкимедицинских металлических материалов,обеспечивающие повышенную эффективностьфункционирования оксидированныхимплантатов;

–накоплен обширный материал попрактическому, результативномуиспользованию изделий с разработаннымиоксидными покрытиями в медицинскойпрактике.

Практическая новизнаработы состоит в совершенствованиисуществующихи создании новых, более эффективныхтехнологий изготовления медицинских изделий соксидными покрытиями, обладающими высокимуровнемсовместимости с биоструктурами.Разработанные и запатентованные научно-техническиерешения имеют важное прикладное значение испособствуютрасширенному использованиюэлектрохимических технологий впроизводствесовременных медицинских металлоизделий.Технологии изготовления имплантатов сфункциональными оксидными покрытиями былиопробованы в условиях опытногопроизводства ООО «Совтех-Декор» г. Энгельс,НПП «Нестима»г. Саратов, научно-технологического парка«Волга-техника» Саратовскогогосударственного техническогоуниверситета. Основные результаты работы внедрены влечебнуюпрактику ортопедических итравматолого-ортопедических отделенийряда медицинских и ветеринарныхучреждений (МУЗ «ГКБ №2», МУЗ«ГКБ №3», МУЗ «ГКБ №9», МУЗ «ГБ №7» г.Саратов, ветеринарнойклиники «Ингус» г. Энгельс, участковойветлечебницы №2 г. Саратов). Частьполученных экспериментальных данных иразработанных технических устройствиспользуются при чтении лекционных курсови проведениилабораторных практикумов для студентовэлектрохимических и биотехническихспециальностей Саратовскогогосударственного техническогоуниверситета, а такжеприменяются в научно-практическойдеятельности Саратовского государственногомедицинского университета и Саратовскогогосударственного аграрногоуниверситетаим. Н.И. Вавилова.





Достоверность полученных результатовопределяется комплексом используемыхсовременных и высокоточных методовисследования, включающих оптико-компьютерную обработкуразмерных элементов микроизображений поверхности,оптическую микроскопию, профилометрию,потенциометрию, потенциостатическуюхроноамперометрию, потенциодинамическуюхроновольтамперометрию,гальваностатическую хронопотенциометрию,количественную и качественнуюадгезиометрию, гравиметрию, измерениемикротвердости, рентгенофазовый илазерный микроспектральный анализы,моделирование коррозионныхпроцессов, микробиологический,рентгенологический и морфогистологическийанализы при испытаниях in vivo, статистическую обработкуэкспериментальных данных. Совокупностьприведенных методов сочетается с применениемсистемного подхода в комплексномисследованиифункциональных характеристик и параметровтехнологических процессов созданияоксидных покрытий в условиях системногоохвата основных принципов анодной икатодной обработки металлов при ееиспользовании в производстве изделий медицинскойтехники.

На защитувыносятся следующие основныеположения:

–особенности примененияэлектрохимического оксидирования титана всернокислых электролитах при формированиианодно-оксидных покрытий с качествамибиосовместимости; закономерностисернокислотного анодирования титана;технологии, специализированноеоборудование и практические рекомендации для полученияоксидных покрытий на медицинскихимплантатах;

–результаты исследования физико-химическихи механических свойств металлооксидныхпокрытий, формируемых на стальных ититановых изделиях способами термооксидирования вразличных средах; разработанные технологии,оборудование и рекомендации дляпроведения высокотемпературногооксидирования металлическихимплантатов;

–результаты исследования потенциаловкоррозии различных видов оксидных покрытийстали и титана в физиологическом растворе,моделирующемусловия функционирования изделий привоздействии жидких сред организма; влияниетехнологических условий оксидирования ифазово-структурного состоянияэлектрохимических и газотермическихоксидных покрытий на изменение коррозионнойактивности поверхности изделий;

– закономерности процесса катодноговнедрения La сантибактериальными свойствами из растворасалицилата лантана в диметилформамиде впористыеоксидные покрытия; установленныепараметры модифицированных покрытий и технологическиерекомендации по проведению дополнительнойвысокоэффективной катодной обработкиоксидированных изделий;

– результаты испытаний имплантатов сразработанными оксидными покрытиями in vivo;влияние свойств анодно-оксидных,воздушно-термических и паротермическихоксидных покрытий на характервзаимодействия с костной тканью;

–физико-химические и технологическиепринципы создания высококачественныхмедико-технических изделий сметаллооксидными покрытиями.

Личный вклад авторазаключается в обосновании проблемы,постановке ирешении основных задач исследования, вразработке научных основ, применяемых методовобработки, а также в анализе иинтерпретации экспериментальныхрезультатов. Вклад автора в работы,выполненные в соавторстве и включенные вдиссертацию, состоит в разработкетехнологических процессов и формулировкепринципов создания оксидных покрытиймедицинского назначения, а также систематизации иобобщении полученных данных.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.