ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................................................... 6
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ........................................................................................................... 11
1.1 Биорезорбируемые имплантаты ............................................................................................ 11
1.2 Определения ........................................................................................................................... 11
1.3 Краткая историческая справка об использовании Mg в медицине в качестве
конструкционного материала ...................................................................................................... 12
1.4 Эволюция металлических имплантатов ................................................................................ 13
1.5 Mg в качестве биорезорбируемого материала ...................................................................... 16
1.6 Получение............................................................................................................................... 16
1.6.1 Традиционный метод ....................................................................................................... 16
1.6.2 Подход на основе порошковой металлургии .................................................................. 17
1.7 Влияние легирующих элементов ........................................................................................... 17
1.7.1 Роль Mg в организме человека ........................................................................................ 17
1.8 Коррозия ................................................................................................................................. 20
1.9 Коррозионная усталость ........................................................................................................ 22
1.10 Цитотоксичность .................................................................................................................. 23
1.11 Последние тенденции в двойных, тройных, четвертных системах сплавов Mg и методах
деформационной обработки ........................................................................................................ 25
1.11.1 Двойная система сплавов Mg ........................................................................................ 25
1.11.2 Тройная система сплавов Mg ........................................................................................ 25
1.11.3 Система четвертных сплавов Mg .................................................................................. 28
1.11.4 Деформационное упрочнение ........................................................................................... 28
1.12 Трещиностойкость ............................................................................................................... 30
1.13 Коммерческое применение имплантатов на основе Mg ..................................................... 32
1.14 Требования к свойствам разрабатываемого биорезорбируемого магниевого сплава ....... 33
1.15. Выводы ................................................................................................................................ 33
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ........................................................................ 35
3
2.1 Материалы и способы их обработки ..................................................................................... 35
2.1.1 Материалы, используемые в главе 3 ............................................................................... 35
2.1.2 Материалы, используемые в главе 4 ............................................................................... 37
2.1.3 Материалы, используемые в главе 5 ............................................................................... 37
2.2. Методика проведения микроструктурных исследований ....................................................... 38
2.3 Механические испытания ...................................................................................................... 38
2.3.1 Испытания в главе 3 ........................................................................................................ 38
2.3.2 Испытания в главе 4 ........................................................................................................ 38
2.4 Механические испытания с записью акустической эмиссии .............................................. 40
2.5 Методика проведения коррозионных испытаний ............................................................ 41
2.6 Усталостные и коррозионно-усталостные испытания ..................................................... 44
2.7 Биомедицинские методы исследования ........................................................................... 46
2.7.1 Определение цитотоксичности материалов при помощи биохимического метода МТТ
теста .......................................................................................................................................... 46
2.7.2 Определение пролиферативной активности и жизнеспособности фибробластов в
присутствии материалов .......................................................................................................... 47
2.7.3. Методика доклинических исследований на животных ............................................ 47
3. ВЫБОР ПЕРСПЕКТИВНОГО МАГНИЕВОГО СПЛАВА ДЛЯ БИОМЕДИЦИНСКОГО
ПРИМЕНЕНИЯ ............................................................................................................................... 49
3.1 Анализ механических характеристик .................................................................................... 49
3.1.1 Малолегированные сплавы ............................................................................................. 50
3.1.2 Среднелегированные сплавы .......................................................................................... 51
3.1.3 Высоколегированные сплавы .......................................................................................... 52
3.2 Скорость коррозии (резорбции) ........................................................................................ 54
3.2.1. Система Mg-Zn-Ca............................................................................................................. 55
3.2.2 Система Mg-Zn-Y .............................................................................................................. 56
3.2.3 Система Mg-Zn-Zr ............................................................................................................. 57
3.2.4 Анализ результатов коррозионных испытаний .............................................................. 57
3.3 Биомедицинские исследования ............................................................................................ 59
4
3.3.1 Испытания in-vitro ........................................................................................................... 59
3.3.1.1 Определение цитотоксичности представленных материалов при помощи
биохимического метода МТТ-теста......................................................................................... 61
3.3.1.2 Определение пролиферативной активности и жизнеспособности фибробластов в
присутствии материалов .......................................................................................................... 62
3.3.1.3 Выводы по результатам испытаний in-vitro .............................................................. 65
3.3.2 Результаты доклинических экспериментальных исследований ............................... 65
3.3.2.1 Исследование внешних проявлений животных ........................................................ 65
3.3.2.2 Исследование внутренних проявлений у животных ................................................. 67
3.3.2.3 Результаты гистологического исследования ............................................................. 69
3.3.2.4 Выводы по результатам испытаний in-vivo .............................................................. 72
3.4 Выводы по главе 3 .................................................................................................................. 72
4 СТРУКТУРА, КОРРОЗИОННО-УСТАЛОСТНЫЕ И ТЕМПЕРАТУРНО-СКОРОСТНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ СПЛАВА Mg-1Zn-0.16Ca ........................................................................... 74
4.1 Анализ микроструктуры ................................................................................................... 74
4.1.1 Сплав Mg-1Zn-0.2Ca в состоянии ВИК (S11-VIK1) ................................................. 74
4.1.2 Сплав Mg-1Zn-0.16Ca в состоянии ВИК+изотермическая прокатка (S11-VIK1Р).. 75
4.2 Усталостные и коррозионно-усталостные испытания.......................................................... 77
4.2.1 Усталостные испытания на воздухе ................................................................................ 78
4.2.2 Усталостные испытания в растворе Рингера .................................................................. 78
4.3. Температурно-скоростные испытания сплавов ................................................................... 79
4.3.1 Сплав Mg-1Zn-0.15Ca (ZX10) ......................................................................................... 80
4.3.1.1 Исходная микроструктура ................................................................................................... 80
4.3.1.2 Механические испытания .................................................................................................... 81
4.3.1.3 Акустическая эмиссия ......................................................................................................... 83
4.3.1.4 Анализ механических характеристик .......................................................................... 85
4.3.1.5 Зависимость микроструктуры от температуры и деформации ................................... 88
4.3.2 Сплав Mg-2Zn-0.1Ca ........................................................................................................... 92
4.3.2.1. Исходная микроструктура ........................................................................................... 92
5
4.3.2.2 Механические характеристики..................................................................................... 92
4.3.2.3 Акустическая эмиссия .................................................................................................. 93
4.3.2.4 Обсуждение ................................................................................................................... 94
4.4 Выводы к главе 4 .................................................................................................................... 95
5 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТА В ВИДЕ ПРУТКА .
................................................................................................................................................... 97
5.1 Разработка Технических условий .......................................................................................... 97
5.2 Разработка технологической схемы производства прутка ................................................... 97
5.3 Проверка свойств полуфабриката в виде прутка .................................................................. 98
5.3.1 Механические испытания .............................................................................................. 100
5.3.2. Исследование микроструктуры .................................................................................... 101
5.3.3. Исследование скорости коррозии (резорбции)............................................................ 105
5.4. Регистрация медицинских изделий .................................................................................... 113
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................................. 114
Благодарности ............................................................................................................................... 116
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СОИСКАТЕЛЯ ................................................................................. 117
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ...................................................................... 118
ПРИЛОЖЕНИЕ А ......................................................................................................................... 135
ПРИЛОЖЕНИЕ Б .......................................................................................................................... 136
ПРИЛОЖЕНИЕ В.......................................................................................................................... 137
ПРИЛОЖЕНИЕ Г .......................................................................................................................... 138
ПРИЛОЖЕНИЕ Д ......................................................................................................................... 139
