ajax loader

О группе

Дорогие студенты и молодые учёные Томского Политехнического Университета!

Если для Вас компьютерное моделирование не пустой звук, вы ответственный, целеустремлённый и любознательный молодой человек, владеющий свободно английским языком, тогда ждём Вас в Центре технологий кафедры Экспериментальной физики ФТИ для проведения перспективных фундаментальных научных исследований современных проблем теории конденсированного состояния, связанных с развитием нанотехнологий.

Актуальность темы научно-исследовательской работы обусловлена недостатком экспериментальных данных, позволяющих определить роль физико-химических особенностей, электронных факторов и дефектности структуры, а также их влияние на механизмы взаимодействия химических связей, величину энергии межатомного взаимодействия и механические свойства сложных низкоразмерных систем. Данный пробел можно успешно восполнить результатами первопринципных расчетов в рамках теории функционала плотности, а также с помощью молекулярно-динамического моделирования в широком спектре программных пакетов: VASP, LAMMPS, GROMAC и др. Несмотря на то, что методы высокопроизводительных вычислений стали доступны относительно недавно, они уже вносят существенный вклад в научный и технологический прогресс.

С нетерпением ждём студентов или молодых ученых, способных к творческому решению научных вызовов с помощью компьютерного моделирования!

Все интересующие вас вопросы и резюме можно направить по e-mail: rsurmenev@mail.ru (Роман Анатольевич Сурменев) или rodeo_88@mail.ru (Ирина Юрьевна Грубова).
Our Team

Результаты

Патенты

Награды

Статьи

Области исследований

Магнетронное распыление

Магнетронное распыление

Одним из направлений исследований нашей группы является изучение фундаментальных принципов процесса ВЧ-магнетронного напыления кальций фосфатных покрытий, который используется в качестве подходя для повышения биосовместимости металлических и полимерных материалов, применяемых в регенеративной медицине.

Учитывая современную тенденцию увеличения продолжительности жизни населения, наличие новых эффективных методов и материалов для реконструкции дефектов костей является одной из важнейших проблем травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и стоматологии. Чтобы оптимально решить эту задачу в любой, даже самой сложной клинической ситуации, доктору необходимо иметь в арсенале несколько различных имплантационных систем, что позволяет подобрать каждому пациенту свой «индивидуальный» имплантат.

Согласно современным взглядам, взаимодействие между имплантатом и организмом протекает по типу агрессии. Имплантат вторгается в организм, который в свою очередь воспринимает его как инородное тело и пытается избавиться от него. Вопрос биологической совместимости имплантатов решается путем создания необходимого интерфейса между поверхностью конструкции и тканью. Наибольший практический интерес для решения задач медицинского материаловедения вызывают кальций-фосфаты (CaP), относящиеся к группе естественных метаболитов кости, иными словами, стимулирующие процессы костеобразования. В качестве материала, используемого для получения биоактивного покрытия на поверхности имплантатов, наибольшее распространение получил гидроксиапатит Ca10(PO4)6(OH)2 (ГА), являющийся аналогом костной ткани со стехиометрическим отношением Ca/P=1,67.

Для создания тонких функционально-градиентных покрытий на основе ГА используется метод высокочастотного (ВЧ) магнетронного распыления. Метод позволяет с большой эффективностью использовать материал катода и, управляя режимами напыления, формировать покрытия с заранее заданными свойствами, позволяющими повысить эксплуатационные характеристики медицинских имплантатов, в том числе со сложной геометрией. Кроме того, с целью придания CaP покрытиям дополнительных функциональных свойств, ведутся исследования в направлении модифицирования ГА дополнительными элементами. Например, для создания покрытий, проявляющих биоактивные и антибактериальные свойства, в качестве добавки используется серебро. Согласно имеющимся данным, серебро обладает выраженным антибактериальным действием как против грамм-позитивных, так и против грамм-негативных форм микроорганизмов. Модифицирование ГА ионами кремния приводит к увеличению скорости резорбции покрытия и образованию костной ткани на ранних стадиях эксплуатации имплантата.
В настоящее время нет достоверной информации о механизмах роста CaP покрытия из ВЧ-магнетронной плазмы. Как правило, исследователи сосредоточены только на управление параметрами процесса с целью оптимизации свойств покрытий, основываясь на результатах биологических экспериментов без изучения механизмов роста. В то время как фундаментальное понимание процессов, происходящих в плазме, является ключевым для дальнейшего повышения эффективности используемого метода. Это требует подробного описания различных процессов, происходящих на уровне субстрата и детальной характеристики свойств тонких пленок. Понимание взаимосвязей между характеристиками магнетронной плазмы и внутренними структурными и композиционными свойствами CaP пленок позволит углубить представление о фундаментальных основах формирования биосовместимых покрытий методом ВЧ-магентронного распыления с уникальными свойствами для практического медицинского применения.

Подробнее
Магниевые имплантаты

Магниевые имплантаты

В настоящее время изучение магниевых сплавов является актуальным и перспективным для применения в качестве материалов в современной имплантологии. Сплавы магния обладают широким рядом свойств для данных целей, таких как: модуль Юнга близкий к свойствам человеческой кости (≈40 Гпа), отсутствие токсического влияния на организм, биодеградация, кроме того магний является естественным элементом метаболизма человека. Благодаря обладанию механических свойств близким к человеческой кости, магний позволяет устранять последствия экранирования напряжения, что способствует улучшенной биосовместимости имплантата с костной тканью. Однако у магниевых имплантатов низкая коррозийная устойчивость в хлоридсодержащей среде организма. И в данном случае имплантаты преждевременно теряют свои механические свойства, до наступления полного восстановления костного перелома.

В связи с данной проблемой, активно ведутся исследования по улучшению коррозионной стойкости магниевых сплавов, путем добавления легирующих элементов, создания защитных покрытий и т.д. Создание антикоррозионного, кальцийсодержащего защитного покрытия на магниевом сплаве один из перспективных методов улучшения коррозионной стойкости магниевых сплавов. Данное сочетание позволяет получить максимальную биосовместимость имплантата с костной тканью, и увеличения коррозийной стойкости на несколько порядков.

Подробнее
Аддитивные технологии

Аддитивные технологии

Создание персонализированных имплантатов с индивидуальной формой для каждого пациента – это новый шаг в развитии биомедицины. Возможность моделирования имплантатов любой формы и размеров, функциональность компонентов и свойств, соотношение цены и качества в производстве разовой или небольшой серии продуктов – все эти преимущества завоевали аддитивные технологии (АТ) или более известные как технологии 3-Д печати.

В своей работе мы используем один из наиболее совершенных среди технологий трехмерной печати – метод электронно-лучевого плавления, включающий в себя послойное нанесение рабочего материала и его плавление под действием электронного пучка. Металлические имплантаты, изготовленные таким образом, могут также успешно повторить сложную микроструктуру костей, что позволяет улучшить процесс интеграции имплантата и его долгосрочную стабильность в организме.

Рабочим материалом для электронно-лучевого плавления в нашем случае служат порошки
титанового сплава Ti6Al4V, широко применяемого в биомедицине для замены дисфункциональных твердых тканей благодаря высокой прочности, легкости, хорошей биосовместимости и устойчивости к коррозии. Однако мы стремимся к созданию еще более улучшенной биосовместимости поверхности, путем напыления биоактивных кальцийфосфатных покрытий и осаждения антибактериальных наночастиц серебра. Данные способы модификации уже зарекомендовали себя в области плазменных технологий и коллоидной химии.

К настоящему моменту нами уже проводятся экспериментальные и теоретические исследования свойств получаемых модифицированных поверхностей, включающие исследование механизмов смачивания поверхности биокомпозитов, влияние пористости и химического состава поверхности на гистерезис смачивания, поверхностную энергию, влияние структуры, химического и фазового состава и параметров шероховатости на физико-механические свойства (микротвердость, модуль Юнга) биокомпозитов.

Подробнее

Наша команда

Новости

Контакная информация

Ваше имя (обязательно)

Ваш e-mail (обязательно)

Тема

Сообщение

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Адрес : Россия, 634021, Томск, Проспект Ленина 43
Владелец : Сурменев Роман Анатольевич, к.ф.-м.н. Телефон : 8(3822) 563-451 Мобильный телефон : +7 903 953 09 69