Введение
Глава 1 Литературный обзор 12
1.1 Химия и физика поверхности твердого тела. Остовная модель 12
1.2 Биоматериалы для медицинских имплантов. Характеристики поверхности 15
1.2.1 Общая характеристика биоматериалов. 15
1.2.2 Роль поверхности биоматериалов. 16
1.3 Титан как материал для медицинских имплантов 19
1.3.1 Механические свойства крупнозернистого, ультрамелкозернистого титана и сплавов на его основе 20
1.3.2 Особенности структуры и состава поверхности титана 25
1.4 Влияние рельефа поверхности на биомедицинские свойства титана 28
1.4.1 Микрорельеф 29
1.4.2 Нанорельеф 30
1.4.3 Гибридный и иерархический микро/нанорельеф. Синергетический эффект и биомиметика 33
1.5 Методы модификации поверхности биоматериалов. 35
1.5.1 Методы, направленные на модификацию рельефа и состава поверхности 35
1.5.2 Методы нанесения покрытий для улучшения биомедицинских свойств 43
1.6 Метод молекулярного наслаивания 46
1.6.1 Синтез нанопокрытий диоксида титана методом МН-ALD 50
1.7 Процесс остеоинтеграции 53
1.8 Методы исследования биомедицинских свойств имплантов in vitro и in vivo 55
1.9 Заключение по литературному обзору 57
Глава 2 Экспериментальная часть 59
2.1 Основные вещества, использованные в работе и их назначение. 59
2.2 Подготовка поверхности и химическое травление титана в сернокислом и аммиачном растворах пиранья. 60
2.3 Синтез покрытий на поверхности титана методом МН-ALD 61
2.4 Рентгенофазовый анализ. 63
2.5 Сканирующая электронная микроскопия. 65
2.6 Весовой анализ образцов (ТГА). 67
2.7 Метод эллипсометрии. 67
2.8 Атомно-силовая микроскопия. 69
2.9 Рентгенофлуоресцентный анализ 70
2.10 Метод лежащей капли. 72
2.11 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия. 74
2.12 Времяпролетная вторично ионная масс-спектрометрия .76
2.13 Исследование биоактивности образцов in vitro. 77
2.13.1 Анализ адгезии клеток остеобластов МС3Т3-Е1 78
2.13.2 Определение жизнеспособности клеток остеобластов. 79
2.13.3 Определение пролиферации клеток остеобластов. 80
2.13.4 Определение дифференцировки клеток остеобластов. 80
2.14 Исследование биоактивности образцов in vivo. 82
Глава 3 Обсуждение результатов 85
3.1 Исследование скорости травления КЗ и УМЗ титана в основном и кислотных растворах пиранья 85
3.2 Исследование рельефа и морфологии поверхности КЗ и УМЗ титана после травления в кислотном и основном растворах пиранья 86
3.2.1 Сканирующая электронная микроскопия 86
3.2.2 Атомно-силовая микроскопия 91
3.2.3 Сравнительный анализ морфологии и рельефа поверхности травленного УМЗ и КЗ титана 95
3.3 Исследование состава поверхности КЗ и УМЗ титана после травления в кислотном и основных растворах пиранья. 97
3.3.1 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и рентгеновский флуоресцентный анализ 97
3.3.2 Времяпролетная вторично ионная масс-спектрометрия. 99
3.4 Общая характеристика травления КЗ и УМЗ титана 102
3.5 Оптимизация процесса травления УМЗ титана 103
3.6 Нанесение покрытий методом МН-ALD 107
3.6.1 Разработка методики нанесения пленок на подложках с развитой поверхностью. 107
3.6.2 Синтез нанопокрытий диоксида титана на поверхности травленного УМЗ титана. 110
3.7 Рельеф и морфология поверхности образцов с нанесенным покрытием 111
3.7.1 Сканирующая электронная микроскопия 112
3.7.2 Атомно-силовая микроскопия 114
3.8 Исследование состава и кристаллической структуры поверхности образцов с нанесенным покрытием 115
3.8.1 Анализ состава поверхности образцов 115
3.8.2 Анализ кристаллической структуры поверхности образцов 119
3.9 Анализ смачиваемости поверхности 120
3.10 In vitro испытания образцов модифицированного УМЗ титана 122
3.10.1 Оценка адгезии клеток остеобластов МС3Т3-Е1 122
3.10.2 Оценка жизнеспособности и пролиферации клеток остеобластов МС3Т3-Е1 124
3.10.3 Оценка дифференцировки клеток остеобластов МС3Т3-Е1 125
3.11. In vivo испытания образцов модифицированного УМЗ титана 127
3.11.1 Клинические наблюдения 128
3.11.2 Рентгенологические испытания 128
3.11.3 Анализ приживляемости имплантов. 129
3.11.4 Анализ поверхности образцов после извлечения 130
3.12 Взаимосвязь между морфологией, рельефом, составом и цитологическим откликом 131
3.13 Сравнение полученных результатов с литературными данными . 134
Заключение 138
Список сокращений и условных обозначений .139
Благодарности 140
Список литературы 141
Приложение 156
