Барий-, стронций-, марганец-замещенные трикальцийфосфаты

Максим Русаков

Барий-, стронций-, марганец-замещенные трикальцийфосфаты

В данной работе представлено изучение синтеза барий-стронций-магний замещенных трикальцийфосфатов, с разной концентрацией данных металлов, с дальнейшим исследованием их свойств. Синтез производился путем механо-химической активацией в планетарной мельнице. Полученные образцы исследовались с помощью РФА, ИК-спектроскопии, дилотометрии, микроскопа СЭМ, а также были отправлены в институт теоретической и экспериментальной биологии РАН для проведения in vitro исследований керамики на клеточных культурах. При анализе литературы были изучены свойства материалов внутри организма, особенно свойства резорбции, и их дальнейшее применение в хирургии костных тканей.

Химия

Дипломы

Вуз: Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова (МИТХТ)

ID: 5f2a7571cd3d3e0001b39eff

UUID: 317a0c60-b928-0138-1168-0242ac180006

Язык: Русский

Опубликовано: больше 4 лет назад

Просмотры: 8

10.16

Максим Русаков

Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова (МИТХТ)

Комментировать 16

Рецензировать 0

Скачать - 1,6 МБ

Поделиться работой

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА – Российский технологический университет» РТУ МИРЭА Институт тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова Кафедра химии и технологии редких и рассеянных элементов, наноразмерных и композиционных материалов им. К.А.Большакова РАБОТА ДОПУЩЕНА К ЗАЩИТЕ Заведующий кафедрой Подпись Иванов Владимир Константинович ФИО «____» _______________ 20___ г. ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА по направлению подготовки бакалавра 18.03.01 Химическая технология Код направления подготовки Химическая технология неорганических веществ на тему: Наименование направления подготовки Барий-, стронций-, марганец-замещенные трикальцийфосфаты Обучающий ся ______________ Русаков Максим Константинович Подпись Фамилия Имя Отчество Шифр 15x0569 Группа ХЕБО-13-15 Руководите ль работы ______________ к.х.н, доцент Носикова Л.А. Подпись Ученая степень, ученое звание, ФИО Консультан т ______________ __________________ Консультан т Подпись ______________ к.х.н, в н.с. Ученая степень, ученое звание, должность ассистент кафедры БТиУ Фадеева И.В. ФИО Белоусова И.В.

(по эконом.части) __________________ Подпись Ученая степень, ученое звание, должность ФИО Москва 2019 г. Оглавление 1. Введение........................................................................................................... 5 2. Аналитический обзор литературы.............................................................7 2.1. Структура и свойства костной ткани человека................................7 2.2. Элементы, входящие в состав костной ткани...................................8 2.3. α- и β- ТКФ................................................................................................ 11 2.4. Гидроксиапатит...................................................................................... 12 2.5. Способы Синтеза ТКФ...........................................................................13 2.6. Керамика из ТКФ...................................................................................16 2.7. Биорезорбируемость и взаимодействия фосфатов кальция с биологической средой....................................................................................17 2.8. Выводы из аналитического обзора литературы............................18 3. Экспериментальная часть..........................................................................19 3.1. Материалы и методы............................................................................. 19 3.1.1. Синтез марганец-замещенных ТКФ............................................19 3.1.2. Рентгенофазовый анализ (РФА).........................................................22 3.1.3. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)...............................25 3.1.4. Дилатометрия................................................................................... 27 3.1.5. ИК спектроскопия...........................................................................29 3.1.6. Исследование цитотоксичности...................................................31 4. Результаты и обсуждение..........................................................................33 5. Выводы:.......................................................................................................... 44 6.ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ................................................................................45 6.1 Организация и планирование работ по теме..............................................45 6.1.1 Организация работ.................................................................................46 6.1.2 График проведения работ......................................................................47 7. Список используемой литературы.................................................................53

Аннотация. В данной работе представлено изучение синтеза барийстронций-магний замещенных трикальцийфосфатов, с разной концентрацией данных металлов, с дальнейшим исследованием их свойств. Синтез производился путем механо-химической активацией в планетарной мельнице. Полученные образцы исследовались с помощью РФА, ИКспектроскопии, дилотометрии, микроскопа СЭМ, а также были отправлены в институт теоретической и экспериментальной биологии РАН для проведения in vitro исследований керамики на клеточных культурах. При анализе литературы были изучены свойства материалов внутри организма, особенно свойства резорбции, и их дальнейшее применение в хирургии костных тканей. В выпускной квалификационной работе представлено 53 страниц, 28 рисунков и 10 таблиц. Annotation This paper presents a study of the synthesis of bariumstrontium-magnesium substituted tricalcium phosphates, with different concentrations of these metals, with a further study of their properties. The synthesis was carried out by mechanochemical activation in a planetary mill. The obtained samples were studied using X-ray diffraction, infrared spectroscopy, dilometry, an SEM microscope, and were sent to the Institute of Theoretical and Experimental Biology of the Russian Academy of Sciences for in vitro studies of ceramics on cell cultures. When analyzing the literature, the properties

of materials inside the body, especially the properties of resorption, and their further use in bone tissue surgery were studied. In the final qualifying work presented 53 pages, 28 figures and 10 tables.

1. Введение Костные дефекты - заболевание, связанное с поражением и искажением костной ткани. Замещение поврежденной ткани новым материалом является эффективным методом лечения. Материал должен обладать набором определенных свойств, в числе которых: 1. Механическая прочность близкая к кости 2. Отсутствие нежелательных реакций внутри организма 3. Наличие сквозных пор для быстрого прорастания костной ткани в имплантат 4. Биологическая активность - симулирование образования новой костной ткани, отсутствие реакции со стороны иммунной системы организма. Лучше всего удовлетворяют этим требованием, тем самым являясь самыми перспективными, материалы на основе фосфатов кальция. Чаще используют керамику из фосфатов кальция (ФК) Керамику можно разделить на биоинертную (находится в организме перманентно), биоактивную (взаимодействует с тканями организма) нахождения в и биорезорбируемую организме, растворяется (в в процессе жидкостях организма, замещаясь на нативную костную ткань). Биоинертная керамика имеет плюсы в лице исключительной биоинертности и прочности. К сожалению, эти достоинства обращаются и в недостатки. Устойчивость керамики к среде препятствует материал врастанию обладает имплантата повышенной в кость. жесткостью. Также При механической нагрузке, большую ее часть возьмет на себя

жесткий механический отсутствии имплантат, привычной нагрузки а не кость. начнется При процесс растворения кости, что приведет к остеопорзу - уменьшению массы костей, за счет увеличения их пористости. Также к недостатками относят неспособноть динамическую) хрупкость выдерживать без разрушения. материала, т.е нагрузку(особенно Но, несмотря на эти недостатки, есть отросли протезирования, где керамические имплантанты незаменимы. Фосфаты кальция являются основной частью минеральной составляющей костной ткани, входят в её состав в виде трикальцийфосфата (ТКФ) и гидроксиапатита (ГА). Они являются, по сути почти идеальными имплантами, так как в будущем будут растворяться и заменяться на нативную костную ткань. Именно для этого мы и проводим исследования замещенных трикальцийфосфатов. Поскольку скорость растворения ГА и ТКФ в организме существенно меньше скорости образования новой костной ткани, одним из способов увеличения растворимости ГА и ТКФ является проведение изоморфных замещений ионов кальция на ионы металлов, присутствующих в организме и выполняющих полезные функции. Цель работы: синтез и изучение свойств порошков барий-, стронций- и марганец-замещенных трикальцийфосфатов и получение керамики из них. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: синтезировать порошки барий-, стронций- и

марганец-замещенных гетерофазного трикальцийфосфатов взаимодействия с методом применением механохимическй активации, исследовать их фазовый состав методом РФА, наличие функциональных групп методом ИК спектроскопии, способность дилатометрии, замещенного прессования, к сформовать ТКФ образцы методом провести спеканию методом из марганец- двухстороннего одноосного обжиг образцов марганец- замещенного ТКФ и исследовать их микроструктуру методом СЭМ, передать образцы керамики в институт теоретической и экспериментальной биологии РАН для проведения in vitro исследований керамики на клеточных культурах, проанализировать полученные результаты. 2. Аналитический обзор литературы 2.1. Структура и свойства костной ткани человека Особой прочностью, кость обязана особым пространственным расположением образующих его структурных компонентовкостных пластинок. Костная ткань состоит в основном из трех веществ: - Коллаген. Органическая составляющая кости или костный матрикс(примерно 25% массы) - Минеральная фаза. Неорганическая составляющая кости. Представлена в виде трикальций фосфата(ТКФ) или гидроксиапатита(ГА) (примерно 65% массы) -Вода(примерно 10% массы) Молекулы коллагена состоят из спирально скрученных спирально полипептидных нитей, собранных в волокна. Он придает костям механическую прочность при растяжении и изгибе.Минеральная фаза же обеспечивает прочность при

сжатии. Кристаллы ГА представлены в виде пластин, особо ориентированных к коллагеновым волокнам. Кроме этих веществ, органические(белки, в ткани присутствуют липиды, и другие полисахариды) и неорганические(ионы Na, Mg, K, Cl, F, C в виде СО3) вещества[1]. Различают два вида составляющей кости: Кортикальная и Трабекулярная(губчатая) Кортикальная- крепкая, компактная часть, обеспечивающая прочность несущей конструкции(составляет примерно 80% всего скелета). Трабекулярная – кость, составляющая тракуляры, сеть тонких костных элементов. Присутствует в внутри длинных костей, позвонков и во внутренних частях таза. [3] 2.2. Элементы, входящие в состав костной ткани Костная ткань имеет довольно сложное строение, включшее в себя как органические, так и не органические вещества. Благодаря нему обеспечивается нормальное течение обмена веществ в организме человека(метаболизм) в целом. Находясь в постоянном контакте с агресивной биологической средой в теле человека, костная ткань является местом депонированя макро- и микро-элементов. Данные элементы не синтезируются внутри организма, а попадают в него с пищей, водой, воздухом и играют важную роль в костном ремоделировании. Если обобщить известные данные, то их можно разделить на несколько групп:

1. активаторы костной минерализации – Cu, Mn, F, Si, V 2. ингибиторы костной минерализации – Sr, Cd, Be, 3. активаторы кост-ной резорбции – Mg, Zn, Ba 4. элементы, принимающие участие в синтезе органических веществ – Zn, Be, Cu, Mn, Si 5. активаторы костных клеток и ферментов – Mg, Zn, Be и их ингибиторы – Mo Любое изменение содержания элементов в костной ткани(избыток или недостаток), особенно кальция и фосфора, приводит к нарушению метаболических процеесов, и ведут к различным патогенного костно-сутавным и камнеобразования- зубным заболеваниям, формированию зубных, почечных, слюнных камней. Состав костной ткани зависит от условий среды проживания человека(климат, технологическое воздействие) и его возраста.[6] Таблица 1. Содержание микроэлементов в костной ткани.

Таблица 2. Элементный состав физиогенных (костной ткани, эмали, дентина зуба)и патогенных (зубных, слюнных, почечных камней) органо-минеральных агрегатов (ОМА) фосфатного типа, ⋅10–4 масс. %

Железо: Роль железа в организме в первую очередь состоит в тот, чтобы доставлять кислород к органам. Железо является центральным ионом главного компонента гемоглобина, который способен обратимо присоединять кислород. Кроме того железо входит в состав ряда ферментов и железосвязавающих белков, содержащихся во внеклеточных жидкостях. Медь: Ионы меди обладают антибактериальными свойствами, что делают их приоритетными для замещения в ТКФ при протезировании. Также ионы меди увеличивают резорбцию ТКФ, что способствует замещению имплантата на новую костную ткань. Цинк: Как и медь придает материалу антибактериальные свойства, улучшает остеогенез. Но его допустимый диапазон в организме очень узок, и при увеличенной концентрации может быть токсичным. Также введение ионов цинка

стабилизирует структуру ТКФ. Еще было выяснено, что Zn влияет на кинетику роста ГА, путем ингибирования фазы преобразования аморфного ТКФ в ГА. И к тому же, добавление цинка в ТКФ увеличивает его биоактивность. Магний: Является одним из самых распространенных микроэлементов в биологических твердых тканях(2/3 от всего количества Mg в организме находится в костях и мышцах). Замещенный магнием ТКФ был предложен для лечения остеопороза. Также ионы магния стабилизируют синтезированный ТКФ. Также как и цинк, Mg ингибирует преобразование аморфного ТКФ в ГА, только на порядок хуже(примерно в 1000 раз). Еще замечено свойство магния задерживать переход из β-ТКФ в αТКФ. Стронций: Считается элеметном-“искателем костей”, т.е способствует росту костей, путем уменьшения резорбции костной ткани, тем самым позволяет улучшить ее формирование. Относится к потенциально токсичным элементам. Избыток Sr стронциевый рахит. Марганец: Уменьшает резорбцию кости. Двухвалентный Mn2 + влияет на активацию интегринов, семейство рецепторов, которые опосредуют клеточные взаимодействия с внеклеточными матриксами и лигандами на клеточной поверхности. Как и

медь, проявляет антибактериальные свойства. Обеспечивает развитие соединительный ткани, хрящей и костей. Барий: Около 90% процентов бария в организме находится в в костях и зубах. Замещение барием кальция в ТКФ способствует дестабилизации структуры вещества, что увеличивает растворимость материала, что, в свою очередь, увеличивает резорбцию кости [7]. 2.3. α- и β- ТКФ Известны 4 аллотропных модификации трикальцийфосфатов, т.е. α, β и α’и β’фазы, которые зависят от температуры. α-ТКФ моноклинный, имеет сложное кристаллическое строение, с пространственной группой P21/a, с параметрами решетки: а0=12,887 Å, b0=27,28 Å, c0=15,29 Å, β=126,2 градуса и Z=24, стабильной в промежутке между 1125°C и 1430°C и может быть сохранен при комнатной температуре как метастабильная фаза. α’-ТКФ стабилен при температуре выше 1430°C и не может быть сохранен при комнатной температуре. Растворимость α-ТКФ примерно в 10 раз больше, чем у ГА.[7] β-ТКФ имеет пространственной ромбоэдрическую группой R3c с структуру, параметрами с решетки a0=10,428 Å c0=37,378 Å и Z=21. Стабилен при температуре менее чем 1120°C. Также недавно был зафиксирован β’-ТКФ между в интервале между низкотемпературным β-фазой и высокотемпературной α фазой, существует только при

высоких давлениях. Эта модификация схожа по структуре с витлокитом, минералом, Ca18(Mg,Fe)2H2(PO4)14, продуктов который минерализации. имеющим состав является частью Может быть многих получен разложением кальций дефицитного ГА: Ca9(HPO4)(PO4)5OH → Ca3(PO4)+ H2O↑ (t~800°C) (1) Аморфный ТКФ, который записывается формулой Ca3PO4*nH2O, играет важную роль в минерализации костей в качестве переходной фазе по отношению к ГА. ТКФ можно получить путем твердофазного синтеза между монетитом и карбонатом кальция:[8] CaCO3+ 2CaHPO4 → Ca3(PO4) + H2O↑+ CO2↑ (t<1150°C) (2) 2.4. Гидроксиапатит ГА относится к структурному типу апатита и имеет формулу Ca10(PO4)6(OH)2. принадлежащей Имеет к кристаллическую пространственной группе структуру Р63/m с параметрами решетки а = b = 9,432 Å и с = 6,881 Å. Представляет собой сложный кристалл, содержащий более 100 атомов в элементарной ячейке. [15]

Рисунок 1. Упрощенный вид элементарной ячейки гидроксиапатита. ГА может быть получен путем твердофазного синтеза(спекания): 6СаНРО4 + 4СаО → Са10(РО4)6(ОН)2 + 2Н2О. Т=1300°С; (3) или 4СаСО3 + ЗСа2Р2О7 + Н2О(пар) → Са10(РО4)6(ОН)2 + 4СО2. (4) 2.5. Способы Синтеза ТКФ Существуют три различных способа синтезировать трикальцийфосфат: 1.Твердофазный 2. Осаждением из раствора 3. Гетерофазный синтез(механоактивация)

4. Гидротермальный Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки по сравнению друг с другом. В зависимости от метода синтеза, может быть удельной получен порошок поверхностью, с разной стехиометрией морфологией, и степенью кристалличности. Гетерофазный синтез Для этого синтеза используются планетарные мельницы. В 4 барабана загружаются реактивы и из-за соударения веществ с тифлоновыми шарами(предварительно загруженных в барабаны) происходит высвобождение кинетической энергии, которой хватает для протекания реакции. Для этой работы был выбран гетерофазный способ из-за того, что он позволяет относительно быстро получить большие объемы продукта. Реакция происходит в воздушной атмосфере. Температура трения шаров не превышает порядка 333-353К. Навеска активируемой реагентной смеси составляет 10-20г. Данный метод позволяет получить однофазный продукт, избегая гидролиза осаждении из фосфатов, раствора. Также который он случается позволяет при избежать процедур растирания и прокаливания, как при термическом способе. Так-же энергозатратной, механоактивация чем термический является менее способ. После фильтрации как и в мокром методе требуется фильтрация, сушка при 100°С и отжиг в муфельной печи при 1000°С

В недавнее время данный метод приобрел большую популярность из-за простоты и быстроты синтеза.[10] (3-X)CaO+2(NH4)2HPO4+XMn(CH3COO)2+2H2O→ Ca(3-X)MnX(PO4)2+2NH4OH+XNH4OH+XNH4CH3COO (5) X=0,1 и 0,01 Способ осаждения из раствора При осаждении ГА из растворов допускают образование осадка с применением реакции осаждения в результате смешения водных. растворов соединений, которые содержат ионы Са2+ и РО43-, при сохранении рН>7 и выдерживании осадка в соответствующих условиях. Как источник Са2+ изучены СаС12, Ca(NO3)2, Са(ОН)2, СаСО3, CaSO4 * 2Н2О, (СН3СОО)2Са и др. Как источник фосфатов- ионов могут быть использованы Н3РО4, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 или К3РО4. Для регулирования рН и введение ОН - групп применяют водные растворы аммиака или гидроксидов щелочных металлов. Рост кристаллов и их выделение из раствора происходит постепенно; отфильтрованный осадок ГА промывают водой и спиртом, потом сушат при температуре 40-50°С. После отстаивания осадок промывают декантацией до рН=7, фильтруют на воронке Бюхнера и сушат на воздухе при температуре 100°С. Потом осадок отжигают в муфельной печи при температуре 1000°С в течение 2 часов.[11] 3Ca(NO3)2+2(NH4)HPO4+2NH4OH→Ca3(PO4)2+6NH4NO3+2H2O (6)

Полученный ТКФ является аморфным. Что-бы получит из него β -ТКФ надо прокалить в печи при температуре 1000°С, а для α -ТКФ 1200°С[10] Твердофазный синтез. Также называется сухим способом. Заключается в том, что реагенты спекаются в печи при высокой температуре. Главным недостатком этого метода является необходимость перетирать и заново прокаливать порошки из-за неоднородности полученного продукта. Также полученные агломераты обладают большим размером, т.е полученная керамика не обладает высокой прочностью. CaCO3+Ca2P2O7→Ca3(PO4)2+CO2 (7) Гидротермальные методы. Дорогостоящий метод, используется не так часто, как классические методы, но позволяет достаточно совершенный кристаллический материал, с соотношению близкому к 1.67. Включает себя реакции при достаточно высоких температурах и давлениях, что требует довольно дорогого оборудования(синтез желательно проводить в золотых капсулах). Обычно синтез проводят по реакции: 3Са2Р2О7 + 4CaO + Н2О → Ca10(PO4)6(OH)2. (8) Количество реагентов вместе с водой должно занимать 5060% автоклава(в зависимости от температуры синтеза) .[11] 2.6. Керамика из ТКФ.

Керамика из ТКФ образуется при спекании. Спекание - это процесс массопереноса, протекающий при высоких температурах (активное спекание начинается от 900-10000С), при котором происходит вторичная рекристаллизация ТКФ. При этом происходит первоначальное образование контактов между частицами, монолитной высокой с керамики, последующим характеризующейся прочностью. использования в формированием Полученная медицинских целях относительно керамика, должна для обладать определенной пористостью. Это необходимо для прорастания капилляров, сосудов для циркуляции жидкости в организме. Для этого поры в керамике должны быть отрытыми, взаимосвязанными. Обязательно также наличие и макро, и микропор. Для адгезии протеинов поверхность должна быть шероховатой. При спекании выделяют следующие основные процессы:  Изменение размера и количества пор, что приводит к уплотнению материала.  Рекристаллизация, те перемещение в материале высокоугловых границ.  Снижение остаточных напряжений  Полиморфные превращения(из β-ТКФ в α-ТКФ), химические реакции. Самое большое влияние на образование керамики оказывают первые два пункта. Микро- и нано-частицы обладают большим радиусом кривизны, а из этого следует что и большой поверхностной энергией, которую они стараются уменьшить. Это получается за счет процессов агломерации и

агрегации. Эти процессы характеризуются припеканием частиц, внутри агломератов, друг к другу, с образованием крупных агрегатов. Также на спекание ТКФ влияет и парциальное давление паров воды в атмосфере, который оказывает каталитическое воздействие.[12] 2.7. Биорезорбируемость и взаимодействия фосфатов кальция с биологической средой. Одно из главных свойств костной ткани является способность к ремоделированию, а именно постоянный процесс растворения(резорбция) и создания новой ткани (остеогенез). Керамика на основе ТКФ обладает свойством резорбируемости, т.е способность материала растворятся в среде организма, нативную которого чтобы костную при материал. ткань. в последствии Это протезировании основное заменяться свойство, используют именно на ради этот Поскольку скорость растворения ГА и ТКФ в организме существенно меньше скорости образования новой костной ткани, одним из способов увеличения растворимости ГА и ТКФ является проведение изоморфных замещений ионов кальция на ионы металлов, присутствующих в организме и выполняющие полезные функции. При попадании керамики происходят некоторые протеинов на из ТКФ процессы, поверхности а в среду организма именно: адсорбция керамики и растворение керамики, с последующим изменением среды организма, что влияет на клеточную активность. Адсорбция протеинов на поверхности зависит от вида поверхности керамики и ее энергии и заряда. А адсорбция протеинов, в свою очередь,

оказывает влияние на адгезию клеток, поэтому селективная адсорбция тех или иных протеинов может существенно изменять поведение клеток.[13] 2.8. Выводы из аналитического обзора литературы Из анализа литературы можно сделать следующие выводы:  Керамика из ТКФ является перспективным материалом для протезирования костной ткани.  Метод гетерофазного синтеза является перспективным способом получения порошков ТКФ, из-за своей простоты, скорости и возможности получать его в относительно больших количествах.  Керамика из замещенных некоторыми металлами ТКФ обладает лучшими незамещенного ТКФ. свойствами, чем керамика из

3. Экспериментальная часть 3.1. Материалы и методы 3.1.1. Синтез марганец-замещенных ТКФ Синтез MnТКФ проводили гетерофазным методом в соответствии со следующей технологической схемой Mn(CH 3COO) 2 CaО Взвешивание (NH4)2HPO4 Механо-химическая активация в планетарной мельнице(рис1) (400 об/мин,20мин) Добавление воды. 200мл. Помол 20 мин 400 об/ Фильтрование через воронку Бюхнера Сушка при 100 °С Дезагрегация, с последующим просеиванием. Сетка 400 мкм Термообработка 600°С 1 час Прессование (pуд=600кг\ см2)

Обжиг образцов при температурах: 10000С, 11000С и Рис 2. Технологическая схема синтеза MnТКФ Порошки магний замещенного трикальцийфосфата с разным процентным гетерофазного содержанием синтеза. В магния качестве получали исходных методом реагентов использовались: прокалённый при 9500С оксид кальция CaO, аммоний фосфорнокислый двузамещённый (NH4)2HPO4, и ацетат марганца Mn(CH3COO)2 [10]. (3-X)CaO+(NH4)2HPO2+XMn(CH3COO)2+2H2O→ Ca(3-X)MnX(PO4)2+2NH4OH+XNH4OH+XNH4CH3COO (9) Где X= количество Mn(CH3COO)2 (0,1 или 0,01) В таблице 2 приведены количества исходных реагентов для получения ТКФ различной степени замещения Mn. Таблица 2. Реагенты для получения MnTКФ. Реагент Масса реагента, г, для синтеза MnТКФ различной степени замещения Mn(х) 0,15% Прокалённый 1,49% 16.74 16.24 0.245 2.45 26.4 26.4 оксид кальция (СаО) Аммоний фосфорнокислый ((NH4)2HPO4) ацетат марганца

Mn(CH3COO)2 Синтез проводился в планетарной мельнице (рис 3) в тефлоновых барабанах. В сухие чистые барабаны засыпали корундовые шары и исходные реагенты. Соотношение материал/шары 1:5. Смешение исходных порошков проводили в течение 20 мин. при 400 об./мин, после чего добавляли по 200 мл воды в каждый барабан и продолжали перемешивание ещё 20 мин. Далее реакционную смесь отфильтровывали под вакуумом при помощи воронки Бюхнера и колбы Бунзена. Сушили в лабораторном сушильном шкафу при 1000С до полного удаления воды. После высыхания порошки просеивали через капроновую сетку с размером ячейки 400 мкм, и кальцинировали в муфельной(рис4) печи при температуре 600оС.

Рисунок 3. Планетарная мельница МП-4 Рисунок 4. Муфельная печь. Образцы прессовались в двух различных формах для различных испытаний: в виде “таблеток” для дилотометрии, в

виде “балочек” для СЭМ, а так же были оставлены в виде порошков для ИК-скопии и РФА. 3.1.2. Рентгенофазовый анализ (РФА) В зависимости от поставленной задачи с помощью рентгенографического анализа можно решать различные вопросы для большого круга тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. Чаще всего в технологии силикатов анализу подвергаются поликристаллические вещества. Следует отметить, что полная расшифровка структуры такого материала возможна только в исключительных случаях. Однако исследование методами поликристаллического рентгенографии позволяет решать вещества следующие задачи: 1 Определять присутствующие кристаллические фазы (качественный рентгенофазовый анализ); 2 Определять количественное содержание кристаллических фаз в многофазном материале (количественный рентгенофазовый анализ); 3 Определять размеры элементарной ячейки; 4 Определять микронапряжения кристаллической решетки, размеры зерен поликристаллов и блоков мозаичной структуры; 5 Исследовать текстуру вещества; 6 Изучать степень дальнего порядка катионов в кристаллическом веществе; и распределение

7 Определять тип твердого раствора, степень его упорядоченности, границы растворимости. Рентгеновский фазовый анализ может быть с успехом применен для изучения исходных материалов (природного и техногенного происхождения) всех производств силикатных и оксидных материалов; его можно использовать также для анализа синтезированных продуктов в процессе их изготовления и их изменения в процессе эксплуатации. Дифрактометрические методы съемки рентгенограмм отличаются от фотографических тем, что дифракционная картина регистрируется последовательно во времени. В данном случае используется счетчик отраженных рентгеновских лучей, который перемещается по окружности таким образом, что угол дифракции θ при этом непрерывно изменяется. Для получения рентгенодифрактограмме интенсивных необходимо рефлексов на использовать фокусирующие методы съемки, при которых в достаточно узкую щель счетчика попадает рентгеновское излучение, отраженное от образца с относительно большой поверхностью. При фокусировке по схеме Брэгга-Брентано, которая используется, например, в дифрактометре ДРОН - 3 (рис.2) образец плоский расположен в центре окружности I постоянного радиуса, по которой движется счетчик 5 и на которой находится рентгеновская трубка 2 При этом образец 4 вращается одновременно со счетчиком таким образом, чтобы поверхность образца все время была касательной к окружности фокусировки II, на которой в данный момент находятся фокус рентгеновской трубки, центр образца и входная щель счетчика. Это условие выполняется, если

угловая скорость вращения счетчика в два раза превышает угловую скорость вращения образца. Следовательно, если образец поворачивается на угол θ, то угол поворота счетчика будет 2θ. Измерение углов поворота осуществляется с помощью гониометра. Разность потенциалов между анодом и катодом рентгеновской трубки 2 создается генераторным устройством I. Рентгеновский луч, пройдя диафрагмы 3 и 3I, отразившись от образца 4, попадает в счетчик 5, где преобразуется в излучение видимой фотоэлектронном электрический, области. умножителе усиливается в Световой сигнал в преобразуется в дискриминатором 8 6 7, отделяются импульсы, не отвечающие характеристическому излучению. После регистрируются дискриминатора пересчетной схемой 9 импульсы и записывают самописцем 10 на диаграммную ленту. С помощью интенсивности интенсиметра отраженного 11 фиксируется рентгеновского пропорциональное количеству его квантов. значение излучения,

Рисунок 5. Принципиальная схема дифрактометра. 3.1.3. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) Метод растровой (сканирующей) электронной микроскопии позволяет изучать следующие особенности структуры материалов:  определять зеренную структуру (форму и размер зерен);  изучать строение границ зерен;  изучать поверхностную топографию, в том числе материалов с «грубым» поверхностным рельефом;  изучать изломы образцов различных характер разрушения (хрупкое, вязкое); материалов и

 исследовать границы раздела в слоистых материалах;  изучать характер распределения отдельных элементов на поверхности и в объеме материалов  проводить анализ структуры полимерных, биологических материалов и т.д Поток электронов формируется осветителем электронной пушкой(ускоряющее напряжение в СЭМ составляет U= 1...50 кВ).С помощью блока электронных линз 2 электроны фокусируются на поверхности образца 3 в пятно(электронный зонд) диаметром Ф1 мкм. С помощью отклоняющей катушки 4 происходит сканирование электронного зонда по поверхности объекта. Электронное пятно, двигаясь по поверхности, образует на ней систему строк-растр. Возникающее в результате взаимодействия электронного пучка с исследуемым материаломизлучение с помощью детектора 5 преобразуется в электрический сигнал, который подается на управляющий электрод электронно-лучевой трубки 7.

Рисунок 6. Принципиальная схема сканирующего (растрового)электронного микроскопа: 1–электронная пушка; 2–блок электромагнитных линз; 3–объект исследования; 4 –отклоняющая катушка; 5–детектор; 6 –фотоумножитель; 7–электронно-лучевая трубка.

Снимки наших образцов делались на сканирующем микроскопе Tescan Vega II, фирмы Tescan, Чехия, 2010г(рис…) Рисунок 7. Сканирующий микроскоп Tescan Vega II, фирмы Tescan, Чехия, 2010г 3.1.4. Дилатометрия Дилатометрия (от лат. dilato - расширяю и греч. metreo измеряю) - изучающий раздел физики зависимость и измерительной изменения размеров техники, тела от температуры, давления, электрических и магнитных полей, ионизирующих излучений и исследования основаны на т. д. Дилатометрические определении теплового расширения тел и его различных аномалий (при фазовых переходах и др.) Испытания проводились на аппарате под названием “высокотемпературный дилатометр DIL 402 C7G” немецкой фирмы NETZSCH Geraetebau GmbH, 2009 года (рис 1).

Рисунок 8. Фотография дилатометра DIL 402 C7G” немецкой фирмы NETZSCH Geraetebau GmbH, 2009 года Данный аппарат позволяет производить непрерывное измерение линейных размеров, происходящих в образце в условиях программируемого воздействия температуры. Также он позволяет определять линейную усадку, определять коэффициент термического расширения (КТР) материалов и изучать процесс спекания керамики в интервале температур от 20град С до 1800град С, изучать фазовые переходы, твердофазные реакции и химические реакции, такие как окисление, определять температуру стеклования , температуру размягчения, изучать кинетику спекания с контролируемой скоростью (СКС). Параметры оборудования:  Горизонтальный графитовый(корундовый) держатель, оснащенный графитовым (корундовым) толкателем с высокоточным преобразователем смещения (диапазон измерения 500-5000мкм);  Термопара в непосредственной близости от образца;  Газ: аргон/азот;

 Поток газа: от 10мл/мин до 250 мл/мин;  Max скорость нагревания 25 град C/мин  Max температура 1800 гад C При проведения испытания материал не должен взаимодействовать с графитом. Форма и размеры образцов: цилиндр или балочка, l= 3-25мм и диаметр (b)≤5. Устройство аппарата представлено на рисунке 2. Рисунок 9. Схема дилатометра DIL-402C 3.1.5. ИК спектроскопия Метод исследования инфракрасных (ИК) спектров поглощения (отражения) основывается на возникновении характеристических полос поглощения(отражения) при прохождении инфокрасных лучей( МК область лежит в интервале длин волн от 0,75 до 300мкм) через вещество, что связано с возбуждением собственных колебаний атомных групп в исследуемом веществе. Фурье-спектроскопия представляет собой метод оптической спектроскопии, позволяющая получать спектр в результате обратного Фурье-преобразования

интерферограммы исследуемого излучения, зависящий от оптической разности хода двух лучей, представляющих собой Фурье-образ спектра (функцию распределения энергии по частоте).[18] Преимущества ИК-спектроскопии:  Требуется небольшое количество вещества для анализа  С исследуемом объектом не происходит никаких физических и химических изменений.  Фиксирует легкие атомы  Получение ряда сведений о присутствии и расположении в структуре тех или иных атомных группировок. Исследование проводилось на приборе ИК-Фурье спектометре Avatar-330, фирмы Thermo Nicolet, Англия, 2005г. (рис3). Параметры оборудования:  Спектральный диапазон: 7800-350 см-1  Разрешение 0,9см-1  Размеры кюветного отделения 21x26x20 см

Рисунок 9. ИК-Фурье спектрометр Avatar-330, фирмы Thermo Nicolet, Англия, 2005г. 3.1.6. Исследование цитотоксичности Исследование цитотоксичности проводили с использованием вытяжек и самих материалов согласно требованиям ГОСТ Р ИСО 10993.5-99 «Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Исследование на цитотоксичность: методы in vitro.» и ГОСТ Р ИСО 10993.12-99 «Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 12. Приготовление проб и стандартные образцы». В качестве модельной среды для приготовления вытяжек была использована культуральная среда ДМЕМ/F12 с добавлением 100Ед/мл пенициллин/стрептомицина. Приготовление вытяжек проводилось с соблюдением асептики в течение 7 суток. Исследование проводили с вытяжек материалов применением восстановлении МТТ бесцветной на теста, соли и основанного тетразолия диметилтиазол-2-ил]-2,5-дифенилтетразолия митохондриальными цитотоксичность бромид, на (3-[4,5МТТ) цитоплазматическими дегидрогеназами живых метаболически активных клеток с образованием голубых кристаллов формазана, растворимого в диметилсульфоксиде. Спустя 2 суток после внесения вытяжек материалов культуральную среду удаляли и в

каждую лунку вносили по 100 мкл раствора МТТ 0,5мг/мл в культуральной среде ДМЕМ/F12 без сыворотки. После выдерживания в течение 3 часов при 37ºС в увлажненной атмосфере 5% СО2 жидкость удаляли, вносили по 100 мкл диметилсульфоксида (ДМСО) и, встряхивая планшеты при комнатной температуре образовавшиеся восстановленного в течение соли 10 мин, формазана. формазана измерялось растворяли Количество на фотометре модели 680 (BIO-RAD, США) при длине волны 540 нм. Статистическую помощью обработку программы результатов Origin, за проводили ошибку с принимали среднеквадратичное отклонение от среднего значения, за достоверные принимали различия по U-критерию Манна – Уитни при р<0,05.

4. Результаты и обсуждение. Метод РФА Методом РФА изучен фазовый состав полученных соединений. Форма и ширина пиков на дифрактограммах свидетельствуют о хорошей закристализованности продуктов. При небольшом содержании марганца(0.015%) формируется однофазный продукт со структурой витлокита(β-ТКФ)(рис 1). Рисунок 10. Дифрактограмма порошка (0.01 MnТКФ) после термической обработки при 9000С

При увеличении содержания марганца до 1.49 массовых% фазовый состав представлен витлокитом(72%) и другим фосфатом(пирофосфатом кальция) Ca2P2O7(27,9%). (рис 2) Рисунок 11. Дифрактограмма порошка (0.1 MnТКФ) после термической обработки при 9000С а * * * Интенсивность * * * . 0,1MnTCP . . . . . .* . * * . . * * * * ** * * 10 15 20 * 25 б * * * 30 * 35 0,01MnTCP * * 40 45 * * * 50 * 55 60 2, град Рисунок 12. Дифрактограммы порошков MnТКФ c разным содержанием Mn: а-0,1MnТКФ, б-0,01MnТКФ. (*) отмечены пики относящиеся к витлокиту, относящиеся к пирофосфату кальция. (•) обозначены пики

Появление фазы пирофосфата кальция связано с содержанием в продукте синтеза 0.1 MnТКФ дикальция фосфата дигидрата, который при обжиге разлагается с образованием ПФК(пирофосфата кальция)(1). CaHPO4*2H2O→Ca2P2O7(9000C) (1) Метод ИК ИК-спектры снимали для образцов, прокалённых при 400 и 900 градусов (рис.13,14). Отмечено, что в порошках, прокалённых при 400 градусов, присутствует интенсивный пик при 3570 см-1, а также пик при 632 см-1 которые соответствуют деформационным колебаниям гидроксильной группы [15]. Кроме того, присутствуют колебания, отнесённые к группам CO32- 1300-1550 см-1 [17]. Также в области 2350 см-1 наблюдаются пики колебаний, отнесенных нами к CO2 из воздуха, появление которых обусловлено особенностями проб подготовки [19]. Согласно полученным данным, после термообработки при 4000 С формируются соединения со структурой апатита. OH CO2 4- 23- P O4 P 2O7 Пропускание CO3 0,1MnTCP 0,01MnCP 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 cm^-1 Рисунок 13. ИК-спектр MnТКФ 4000С 500

CO2 воздух 3- PO4 4- P 2O7 Пропускание 0,1MhTCP 0,01MhTCP 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 cm^-1 Рисунок 14. ИК-спектр MnТКФ 9000С В порошках, прокалённых при 900оС, пики колебаний гидроксильной группы и CO32- исчезают, что свидетельствует о разрушении апатитовой структуры. На ИК-спектрах выделены области наиболее интенсивных колебаний, соответствующие группе PO43- (ν4: 565, 603 см-1; область при 900-1200 см-1 [16]. С повышением температуры разрешённость этого пика возрастает. Кроме того, отмечены интенсивные колебания, отнесённые к группе P2O74- с валентными колебаниями связи P-O-P [20]. При 900оС разрешённость возрастает, что и интенсивность свидетельствует о этих пиков формировании пирофосфата кальция в виде отдельной фазы. Этот факт также подтверждается данными РФА. Дилатометрия Для выбора температуры обжига керамики были проведены дилатометрические исследования. По результатам установлено что интенсивное спекание происходит в диапазоне 900-10000С.(рис 6,7). Согласно этим испытаниям

были выбраны температуры спекания: 10000С, 11000С, 12000С. 10 5 dL / L0 0 -5 -10 -15 -20 200 400 600 800 1000 1200 Temperature () Рисунок 15. Кривая непрерывной усадки образца 0.01MnТКФ 5 dL/L0 0 0,1MnTCP -5 -10 -15 400 600 800 1000 1200 1400 Temperature Рисунок 16. Кривая непрерывной усадки образца 0,1 MnТКФ Микроструктура керамики СЭМ

Микроструктуру сканирующего керамики электронного изучали с микроскопа(СЭМ) помощью (рис 8). Обжиг образцов проводили в силитовой камерной печи на воздухе при температурах 10000С, 11000С, 12000С. Температ ура 10000С 0,01MnТКФ 0,1MnТКФ 11000С 12000С Рисунок 17. Микроструктура образцов керамики MnТКФ при различных температурах обжига.

Как видно из рисунка 5, с увеличением температуры обжига происходит увеличение размеров зерен керамики, что согласуется с теорией спекания. Для подтверждения этого заключения был произведен расчет распределения зерен по k, процентное содержание 35 № 30 дел 03 25 мкм 0 6.63 k, процентное содержание размерам(табл 1-6, рис 9-14). 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Количество фракций приходящихся на участок окуляр-микрометра 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 di, Размер зерна 35 сумм di k 36 2 1 6 7 1 17 69 912 1215 сумм 6.63 13.2613.26 19.89 19.89 26.52 26.52 33.15 3 2 1 5 1 3 3 2 0 4 5 0 1 1 4 16 11 8 3,315 9,945 30,90909091 29,09091 16,575 19,705 20 14,54545455 0 0 0 0 3 3 8 10 11 16 10 55 29,835 5,454545455 100 Рисунок 18, таблица 3 Расчет распределелия зерен по размерам 0,01 MhТКФ 10000С № дел мкм 0 5 10 15 20 25 30 35 di, размер зерна сумм di k Количество фракций приходящихсянаучасток окуляр-микрометра 03 36 69 912 1215 0 6.63 6.63 13.2613.26 19.89 19.89 26.52 26.52 33.15 2 4 2 1 1 8 2 4 0 0 6 1 4 1 0 1 4 3 3 1 4 1 3 3 1 21 12 16 8 3 3,315 9,945 16,575 19,705 29,835 35 20 26,6666667 13,33333333 5 сумм 10 14 12 12 12 60 100 Рисунок 19, таблица 4. Расчет рачет распределения зерен по размеру 0,1MnТКФ 10000С

k, пооцентное содержане 35 № 30 дел 0-4 25 мкм 08.8 3 Количество фракций приходящихся научасток окуляр-микрометра 20 48 0 0 15 10 2 2 0 5 0 0 10 20 30 40 50 di, средний размер зерна 60 сумм di k 7 4,4 12,5 812 1216 1620 2024 сумм 8.817,6 17,626,4 26,435,2 35,244 4452,8 0 4 1 1 0 0 3 4 2 0 2 3 1 1 2 4 1 3 1 0 0 3 2 1 0 1 3 4 2 0 7 17 15 8 2 13,2 22 30,8 39,6 48,4 12,5 30,35714286 26,78571 14,2857143 3,5714286 9 9 9 11 8 10 56 100 k, процентное содержание Рисунок 20 таблица 5. Расчет распределения зерен по размеру 0,01 MnТКФ 11000С 35 30 № 25 дел 20 мкм 15 10 5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 di, размер зерна сумм di k Количество фракций приходящихсянаучасток окуляр-микрометра 09 9 18 18 27 27 32 0 19,89 19,89 39,78 39,78 59,67 59,67 70,72 3 4 0 0 2 0 3 3 2 1 1 2 0 2 3 3 1 4 3 1 1 0 5 1 2 2 1 2 11 13 16 12 3,315 9,945 16,575 19,705 21,15384615 25 30,7692308 23,07692308 сумм 7 8 6 8 9 7 7 52 100 Рисунок 21, табл 6 Расчет распределения зерен по размеру 0,1MnТКФ 11000С

k, пооцентное содержание 40 № 35 дел 30 мкм Количество фракций приходящихся научастококуляр-микрометра 25 20 15 10 5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 di, размер зерна сумм di k 0 15 15 30 30 45 45 60 сумм 0 33.15 33.15 66.3 66.3 99,45 99,45 132,6 2 0 4 1 0 1 1 1 0 1 1 3 0 2 2 1 0 0 1 3 1 2 1 2 0 1 1 4 0 3 3 1 2 1 3 1 5 11 17 17 3,315 9,945 16,575 19,705 10 22 34 34 7 3 5 5 4 6 6 7 7 50 100 k, процентное содержание Рисунок 22, таблица 7 4. Расчет распределения зерен по размеру 0,01MnТКФ 12000С 40 № 35 дел мкм 30 25 20 15 10 5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 di, размер зерна сумм di k Количество фракцийприходящихся научасток окуляр-микрометра 0 15 15 30 30 45 45 60 0 33.15 33.15 66.3 66.3 99,45 99,45 132,6 2 0 2 1 1 1 0 2 0 1 1 2 2 3 1 0 0 1 3 1 0 3 3 1 1 1 1 2 1 3 2 0 0 2 2 1 0 2 3 0 7 17 18 10 3,315 9,945 16,575 19,705 13,46153846 32,6923077 34,6153846 19,23076923 сумм 5 4 4 6 5 7 5 6 5 5 52 100 Рисунок 23, таблица 8. Расчет распределения зерен по размеру 0,1MnТКФ 12000С Увеличение содержания марганца от 0.15%масс до 1.49%масс способствует уменьшению размеров зерен. Линейная усадка Также был произведен замер образцов керамики, обожженой при разной температре (табл 5). Замеры производились штангелциркулем. Таблица 9 таблица замеров линейной усадки.

Образец Температура, °С 0,01 MhTKP 1100 0,1 MhTKP 1100 0,5 BaTKP 1100 Для наглядности были постороены графики зависимости линейной усадки от температуры для каждого из образцов(рис23-27). Усадка Усадка % % 0,01 MnТКФ 0,1MnТКФ 20.0 25.0 20.0 15.0 15.0 10.0 10.0 5.0 5.0 0.0 0.0 9000 1000 1100 1200 1300 00 050 100 150 200 250 95 Температура 0 1 Температура 1 1 1°С°С1 1 Рисунок 23,24Графики зависимости линейной усадки от температуры для образцов MnТКФ. Усадка Усадка % % 0,5BaТКФ 0,01BaТКФ 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 10.0 5.0 5.0 0.0 0.0 0 0 1100 0 1200 0 01300 0 0 900 1000 95 100 105 110 115 120 125 Температура °С °С Температура Рисунок 24,25. Графики зависимости линейной усадки от температуры для образцов BaТКФ. Биологические испытания (МТТ тест)

Исследование метаболической активности клеток DPSC 32 в присутствии вытяжек из исследуемых материалов было проведено с использованием МТТ-теста. МТТ-тест основан на способности неповрежденных клеток окрашивать водорастворимый 3-(4,5-диметилтиазол-2-ил)-2,5-дифенил-2Нтетразолиум бромид (МТТ) в формазан, который кристаллизуется внутри клетки в виде раствора синего цвета. Интенсивность окраски прямо связана с количеством неповрежденных клеток. Исследование метаболической активности клеток NCTC L929 с использованием МТТ-теста показало отсутствие значимых различий между опытом и контролем, свидетельствующее об отсутствии токсического действия у 3-суточных вытяжек образца. Время/ контроль 0,01MnTCP 0,1MnTCP материал 24 часа культивиров ания Рисунок 26. Влияние марганца на цитотоксичность.

5. Выводы: 1. С применением механохимической активации синтезированы марганец, барий замещенные ТКФ и стронцийзамещенный ГА; 2. Методом РФА установлено, что при малом содержании марганца (0,15% масс) единственной кристаллической фазой является витлокит (β-ТКФ); при увеличении содержания марганца до 1,49% масс. образуется двухфазный продукт, представленный витлокитом и пирофосфатом кальция; 3. В результате спекания керамики методом СЭМ выявлено, что с увеличением содержания марганца снижается размер зерен керамики; 4. Проведенные биологические испытания (МТТ тест) in vitro показали, что полученная керамика не проявляет цитотоксичность и может быть использована при операциях по восстановлению поврежденных костных тканей.

6.ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 6.1 Организация и планирование работ по теме В составе работы задействовано 3 человека: 1) Руководитель (к.т.н., доцент кафедры ХТПП и ПК) – отвечает за грамотную постановку задачи, контролирует отдельные этапы работы, вносит необходимые коррективы и оценивает выполненную работу в целом; 2) Консультант (ассистент кафедры БТУ) – отвечает за консультирование в области экономической части проекта: предлагает методы оценки себестоимости работы, определения цены и прибыли проекта, выбора элементов бизнес-плана, способов экономической эффективности ВКР; 3) Химик - технолог(студент 4 курса института ТХТ) – реализация всех поставленных задач, в том числе проведение тестирования готового продукта и подготовка проектной документации. Состав задействованных в работе участников представлен на рисунке 1. Руководитель Консультант Химик – технолог

Рисунок 27. Состав задействованных участников 6.1.1 Организация работ На разработку отводится 38 рабочих дней. Этапы разработки представлены в таблице 10. Таблица 10 – Расчет трудоемкости и продолжительности работ № Название этапа 1 Разработка и утверждени е техническо го задания 2 Технически Исполните ль Доцент, к.х.нкафедры ХТРРЭиНКМ Студент 4 курса института ТХТ Ассистент кафедры БТУ Студент 4 курса института ТХТ Трудоемко сть (чел/дн) 1 Дни 2 2 1 7 7

3 4 4.1 4.2 5 6 7 8 к.т.н., доцент е предложени кафедры ХТПП и ПК я Студент 4 курса Написание института ТХТ литературн ого обзора Проведение эксперимен та: Заготовка Студент 4 курса навесок, института ТХТ изготовление образцов Испытанияоб Студент 4 курса разцов института ТХТ Обработка полученных результатов Написание выводов и подведение итогов исследован ия Написание экономичес кой части ВКР Редактиров ание ВКР, окончатель ная верстка и печать 2 8 8 10 10 2 2 8 8 Студент 4 курса института ТХТ Доцент, к.х.н кафедры ХТРРЭиНКМ Доцент, к.х.н кафедры ХТРРЭиНКМ Студент 4 курса института ТХТ 6 6 Студент 4 курса института ТХТ Ассистент кафедры БТУ Студент 4 курса института ТХТ Доцент, к.х.н кафедры ХТРРЭиНКМ 1 Итого 4 3 1 3 1 1 1 1 1 49 38

6.1.2 График проведения работ Календарный график исполнения работы представлен на рисунке 2. Из рисунка 28 так же видно, что общий срок разработки составит 38дней. Этап ы 1 2 3 4.1 4.2 5 6 7 8 Дни 01. 0302. 03 04.0 12.03319.03 10.0 3 21.0330.03 03.04- 09.0 08.04 411.0 4 1 5. 0 4 2 0. 0 5 Рисунок 28. График проведения работ 6.2 Расчет стоимости проведения работ с е б е с т о и м о с т ь 1 статья «Материалы, покупные изделия и полуфабрикаты + ТЗР (15%) от ∑ итого по материалам 2 статья «Специальное оборудование» - как правило, затрат нет 3 статья «Основная заработная плата» 4 статья «Дополнительная заработная плата» 2030% от основной заработной платы 5 статья «Страховые отчисления» - 30% от ФОТ

6 статья «Командировочные расходы» - как правило, затрат нет 7 статья «Контрагентские услуги» - как правило, затрат нет 8 статья «Накладные расходы» - 250% от основной заработной платы 9 статья «Прочие расходы» - затрат нет Первая Статья «Материалы, покупные изделия и полуфабрикаты». К этой статье относится: стоимость материалов, покупных изделий, полуфабрикатов, комплектующих изделий и других материальных ценностей, расходуемых непосредственно в процессе выполнения НИР и ОКР по теме. Потребность в материальных ресурсах определяется на основе материальных спецификаций, в которых указывается наименование, количество и цена используемых в процессе работы материальных ценностей. В стоимость материальных затрат включаются транспортно-заготовительные расходы, которые возьмем на уровне 15-20 % стоимости затрат по статье. В эту статью включаются также затраты на оформление комплекта документов. Таблица 11 – перечень и стоимость материалов, покупных изделий и полуфабрикатов № пп Наименован Единиц ие ы материалов измере ния Количес тво 1 Прокалённый кг оксид 0,329 Цена за едини цу (руб) 300 Стоимо сть (руб) 99

2 кальция (СаО) Аммоний кг 0,269 750 201 кг 0,528 1000 528 фосфорнокис лый 3 ((NH4)2HPO4) ацетат марганца Mn(CH3COO)2 Итого материалов 828 Транспортно-заготовительные расходы 166 Итого 994 Вторая статья «Специальное оборудование» На данную статью относятся затраты, связанные с приобретением специального нестандартного оборудования, стендов, контрольно-измерительной аппаратуры, выполненных по документации главного конструктора или «исполнителя». При определении общей стоимости специального оборудования необходимо учесть затраты на их доставку и монтаж в размере 10-20% от его стоимости. В данном случае расходы на специальное оборудование отсутствуют. Третья статья «Основная заработная плата» К данной статье относятся затраты на оплату труда участников,задействованных в работе. Таблица 12 – заработная плата участников работы № п п 1 Исполнитель (должность) 2 Мес.окл ад (руб) 3 Трудоемко сть (чел/дни) 4 Оплат Затрат а за ы на день оплату (руб) труда (руб) 5 6

доцент 2 к.т.н., 1 кафедры ХТПП и ПК 2 Ассистент 2 кафедры БТУ 3 Студент курса 3 4 института ТХТ 40 000 9 1 818 16 363 30 000 2 1 363 2 727 15 000 38 682 25 916 Итого 45 006 Четвертая статья «Дополнительная заработная плата» ДЗП = 45 006х 0,2 = 9 001 руб. Дополнительная заработная плата научного и производственного персонала составляет по проекту 9001 руб. Пятая статья «Страховые отчисления» Отчисления на социальные нужды составляют 30% от фонда оплаты труда (ФОТ), который состоит из основной и дополнительной заработной платы. ФОТ = ОЗП + ДЗП = 45 006+ 9 001= 54 007руб. СВ = ФОТ х 30% = 54 000 х 0,30 = 16 202руб. Шестая статья «Командировочные расходы» Расходы по данному разделу отсутствуют Седьмая статья «Контрагентские услуги» В процессе разработки данного проекта услуги сторонних организаций не использовались. Восьмая статья «Накладные расходы»

Определяются процентом от общей заработной платы (от 200% до 300%, в зависимости от специфики предприятия и системы его управления). НР = ОЗП х 200% = 45 006* 2,0 = 90 012руб. Девятая статья «Прочие расходы» Затрат нет. Полная себестоимость проекта № пп Номенклатура статей расходов Затраты (руб) 3 и 994 1 1 2 Материалы, покупные изделия полуфабрикаты (за вычетом отходов) 2 Специальное оборудование для научных (экспериментальных) работ 3 Основная заработная плата научного и 45 006 производственного персонала 4 Дополнительная научного и персонала 5 Страховые взносы в социальные фонды 6 Расходы на научные производственные командировки 7 Оплата сторонними заработная плата 9 001 производственного 16 202 и - работ, выполненных организациями и

предприятиями 8 Прочие прямые расходы - 9 Накладные расходы 90 012 Итого 16 1214,6 Полученный образец не будет в дальнейшем реализован и разрабатывался для некоммерческого использования в Университете на кафедре, в связи с этим рассчитывать договорную цену и размер НДС нецелесообразно.

7 Список используемой литературы. 1. С.В Дорожкин, Симеон Агатопоулус. Биоматериалы:обзор рынка//Химия и жизнь. 2002. 2. Maria Vallet-Regi. Ceramics for medical applications/ Dalton Perspective 2001 3. С.М Баринов. Керамические и композиционные материалы на основе фосфатов кальция для медицины/ Успехи химии 2010. 4. В.И Путляев. Современные биокерамические материалы/ Соровский образовательный журнал. 5. С.А Герик, О.А Голованова. Элементарный состав костной ткани в норме и при патологии 2015. 6. А.В Скальный. Химические элементы в физиологии и экологии человека М.: Мир, 2004 7. Masatomo Yashima, Yoichi Kwaike. Crystal Structure and Site Preference of Ba-doped α-Tricalcium Phosphate through High-Resolution Synchrotron Powder Diffraction/ Chem. Mater. 2007. 8. S.Kannan, F. Goetz-Neunhoffer, J. Neubauer, S. Pina, P.M.C Torres, J.M.F Ferraria. Synthesis and structural characterization of strontium- and magnesium-cosubstituted β-tricalcium phosphate. Acta Biomateriallia. 2010. 9. J. Marchi, A.S Dantas, P. Greil, J.C Bressiani, A.H.A Bressiani, F.A Muller. Influence of Mg-substitition on the physicochemical properetis of calcium phosphate powders/ Material Research Bulletin. 2007. 10. Чайкина М.В. Механохимический синтез изоморфных разновидностей апатита в качестве материалов для биокерамики. 2004

11. Губер Ф., Шмайсер М., Шенк В.П. Руководство по неорганическому синтезу. -М.: Мир, 1983 12. Гегузин Я.Е. Физика спекания. – М.: Наука. 1971 13. Прохончуков А.А., Жижина Н.А., Тигронян Р. А. Гомеостаз костной ткани в норме и при экстремальном воздействии // Проблемы космической биологии.1984 14. Р.В. Шпанченко,М.Г. Розова Ренгенофизовый Анализ 15. Barralet J., Best S., Bonfield W. Carbonate substitution in precipitated hydroxyapatite: an investigation into the effects of reaction temperature and bicarbonate ion concentration //Journal of Biomedical Materials Research: An Official Journal of The Society for Biomaterials, The Japanese Society for Biomaterials, and the Australian Society for Biomaterials. – 1998. – Т. 41. – №. 1. – С. 79-86. 16. Lauryna S, Alexander M. R, Markus B. S, Andris A, Uldis R, Inga G.P., Sanjay M, A Zarkova. Effects of Mn-doping on the structural evolution of b-Tricalcium Phosphate by Rietveld refinement and Raman spectroscopy// Journal of the European Ceramic Society – 2019 (печать). 17. Бибиков В. Ю. и др. Интенсификация спекания карбонат гидроксиапатитовой керамики для костных имплантатов //Перспективные материалы. – 2005. – №. 6. – С. 43-48. 18. Тарасевич Б. Н. Основы ИК спектроскопии с преобразованием Фурье. Подготовка спектроскопии //М.: МГУ. – 2012. проб в ИК

19. Vieira S. I. et al. Effects of Mn-doping on the structure and biological properties of β-tricalcium phosphate //Journal of inorganic biochemistry. – 2014. – Т. 136. – С. 57-66.

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв

6315.12

Игорь Маслеников

Проныра, озорник, Любитель книг, Ловкач, игрок, Жизнь между строк. И потому Открыт ему Незримый путь В любую суть. Танец злобного гения На страницах произведения Это игра без сомнения Обречённый ждёт поражения. Подсыпать в душу яд Всегда он рад Всего за час Прочтёт он вас. Он волен взять И поменять Строку и с ней Смысл темы всей.Танец злобного гения На страницах произведения Это игра без сомнения Обречённый ждёт поражения. Открыт роман Читатель пьян Разлив вино - Шагнул в окно. Танец злобного гения На страницах произведения Это игра без сомнения Обречённый ждёт поражения. Танец злобного гения На страницах произведения Это игра без сомнения Обречённый ждёт поражения.

6315.12

Игорь Маслеников

Танец Злобного Гения КиШ

6315.12

Игорь Маслеников

Танец Злобного Гения КиШ

6315.12

Игорь Маслеников

А теперь я скину тексты своих любимых песен для этого:)

6315.12

Игорь Маслеников

и хорошего настроения