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.