Закономерности формирования текстуры и микроструктуры покрытий на основе гидроксиапатита при осаждении методом высокочастотного магнетронного распыления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат наук Иванова, Анна Александровна

• Иванова, Анна Александровна
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Иванова, Анна Александровна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПО ТЕМЕ «БИОМАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИАПАТИТА»

1.1. Материалы, применяемые в медицине

1.2. Гидроксиапатит: структура и свойства

1.3. Методы формирования кальций-фосфатных покрытий

1.4. Теоретические основы процесса магнетронного распыления

1.5. Метод высокочастотного магнетронного распыления

1.6. Механизмы роста тонких пленок

1.6.1. Адсорбция

1.6.2. Зародышеобразование и термодинамические модели роста

1.6.3. Кинетические модели роста пленок

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Установка ВЧ-магнетронного распыления и режимы напыления покрытий

2.2. Приготовление мишени

2.3. Подложки для формирования покрытия

2.4. Спектральная эллипсометрия

2.5. Рентгеновская рефлектометрия

2.6. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

2.7. Сканирующая электронная микроскопия

2.8. Рентгенофазовый анализ

2.9. Инфракрасная спектроскопия

2.10. Просвечивающая электронная микроскопия

2.11. Моделирование профиля распределения атомов по подложке

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И МОДЕЛИРОВАНИЯ

3.1. Исследование влияния условий напыления на свойства покрытий

3.1.1. Экспериментальная скорость роста и плотность покрытий

3.1.2. Химический состав и стехиометрия покрытий

3.1.3. Структурно-фазовые особенности покрытий

3.1.4. Корреляционные зависимости свойств покрытий от геометрии расположения образцов при «вращении-качении» подложкодержателя

3.1.5. Морфологические и структурные особенности покрытия

3.1.6. Субструктура текстурированных покрытий

3.2. Сравнение результатов моделирования и экспериментальных данных

4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ

4.1. Характеристика структуры покрытий с точки зрения расширенной

зонной структурной теории

ВЫВОДЫ

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Закономерности формирования текстуры и микроструктуры покрытий на основе гидроксиапатита при осаждении методом высокочастотного магнетронного распыления»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации. Одним из наиболее перспективных подходов в современном материаловедении является модифицирование поверхности функциональных материалов с целью придания им нового комплекса физико-химических и эксплуатационных свойств. В области биомедицинского материаловедения и инженерии костной ткани формирование наноструктурированных биокомпозитных покрытий на основе гидроксиапатита (ГА, Саю(Р04)б(0Н)2) играет особую роль в создании новых имплантационных материалов с биоактивными свойствами. Перспективным подходом к формированию покрытий на основе ГА является метод высокочастотного (ВЧ) магнетронного распыления, широко используемый в вакуумной технологии нанесения покрытий на основе диэлектрических материалов. Разработка физических и технологических принципов формирования конденсированных слоев осаждением из низкотемпературной плазмы представляет собой фундаментальную проблему физики конденсированного состояния. Функциональные свойства биоактивных покрытий существенным образом определяются их структурно -фазовым составом, степенью кристалличности и кристаллографической ориентацией (текстурой), которые, в свою очередь, варьируются в зависимости от условий напыления, материала подложки и состояния ее поверхности.

Степень разработанности темы исследования. К настоящему времени выполнен большой объем работ, касающихся получения и исследования кальций-фосфатных покрытий, осажденных методом ВЧ-магнетронного распыления керамической мишени. Существенный вклад в изучение данного вопроса внесли работы Иевлева В.М., Костюченко А.В., Баринова С.М. и Пичугина В.Ф. Достоинством этого метода является возможность изменять и контролировать в широком диапазоне параметры процесса и тем самым получать покрытия с определенным набором свойств. В опубликованных работах продемонстрирована принципиальная возможность формирования как аморфных, так и наноструктурированных поликристаллических покрытий, в том числе с

преимущественной ориентацией. При этом недостаточно внимания, на наш взгляд, уделяется исследованию закономерностей структуро- и текстурообразования покрытий на основе ГА при ВЧ-магнетронном распылении. Вместе с тем гексагональная структура ГА характеризуется анизотропией свойств. Адсорбция протеинов и биологических молекул отличается для различных плоскостей кристаллов ГА [1]. В этой связи ориентация зерен покрытия может иметь существенное значение при его использовании в качестве модифицирующего слоя на поверхности медицинских имплантатов.

Особенностью метода ВЧ-магнетронного распыления также является зависимость свойств покрытий от расположения образцов относительно распыляемой мишени [2, 3]. Кроме того, покрытия на основе ГА, сформированные данным методом, характеризуются дефицитом гидроксильной группы в структуре ГА [4]. Поэтому в данной работе проведено исследование влияния молекул воды в составе плазмообразующего газа и пространственного расположения образцов относительно зоны эрозии мишени на свойства ГА-покрытий.

Установление закономерностей формирования текстуры и микроструктуры покрытий на основе ГА имеет как фундаментальное, так и практическое значение для физики конденсированного состояния.

Цель диссертационной работы состояла в исследовании характерных особенностей структуры покрытий на основе ГА, осажденных методом ВЧ-магнетронного распыления, и установлении закономерностей формирования текстурированных покрытий с различной преимущественной ориентацией и микроструктурой.

Для достижения поставленной цели в диссертационном исследовании были сформулированы и решены следующие задачи.

1. Исследовать структурно-фазовое состояние и элементный состав покрытий на основе ГА, сформированных методом ВЧ-магнетронного осаждения, в зависимости от условий напыления (состава плазмообразующего газа и расположения образцов в вакуумной камере относительно зоны эрозии распыляемой мишени).

2. Выполнить анализ переноса распыленных атомов через плазму и определить профиль распределения частиц по подложке посредством численного моделирования методом Монте-Карло.

3. Установить взаимосвязь между микроструктурным строением текстурированных покрытий на основе ГА и условиями напыления.

Научная новизна. В работе впервые:

1. Выполнен подробный электронно-микроскопический и рентгеноструктурный анализ микроструктуры покрытий на основе ГА, напыленных на титановые подложки методом ВЧ-магнетронного распыления.

2. Показано, что добавление молекул воды в состав плазмообразующего газа при ВЧ-магнетронном распылении ГА-мишени позволяет восполнить недостаток гидроксильных групп в структуре ГА и повысить структурное совершенство покрытий.

3. Установлены закономерности, отражающие зависимость текстуры и микроструктуры покрытий на основе ГА, сформированных методом ВЧ-магнетронного распыления, от соотношения ионного и атомного потоков, достигающих поверхности конденсации.

4. Экспериментально установлен эффект преимущественного распыления фосфора при облучении ионами аргона с энергиями 1-4 кэВ материала мишени и покрытия на основе ГА.

Теоретическая значимость работы. Результаты, представленные в диссертационной работе, имеют фундаментальный характер и вносят вклад в развитие физики конденсированного состояния, что заключается в установлении закономерностей формирования структуры покрытий на основе ГА, осажденных методом ВЧ-магнетронного распыления. Совокупность экспериментальных данных и теоретических расчетов позволяет расширить представления:

- об особенностях структурообразования тонкопленочных покрытий при их осаждении методом ВЧ-магнетронного распыления многокомпонентных мишеней;

- о роли ионной бомбардировки поверхности конденсации в микроструктурных превращениях и изменении элементного состава покрытий.

Выявленные закономерности позволяют проводить анализ влияния пространственной неоднородности плазмы и условий напыления на структурные особенности покрытий.

Практическая значимость работы. Предложенный в работе подход может эффективно использоваться для анализа ВЧ-магнетронного распыления, а именно влияния конфигурации магнетронной системы, взаимного расположения объектов в вакуумной камере и режимов напыления на процесс формирования и свойства покрытий. Механизм вращения подложкодержателя определяет время формирования покрытия в области ионной бомбардировки и может быть использован как инструмент управления свойствами покрытий (соотношение элементов, текстура, микроструктура, морфология).

Методология и методы исследования. В диссертационной работе использованы: оптическая эллипсометрия, рентгеновская рефлектометрия, рентгенофазовый анализ, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, сканирующая электронная микроскопия, просвечивающая электронная микроскопия. Моделирование профиля распределения конденсируемых атомов по подложке проводили методом Монте-Карло.

Научные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Три типа структуры характерны для текстурированных покрытий на основе ГА, сформированных в результате осаждения на титановые подложки методом ВЧ-магнетронного распыления при нагреве поверхности конденсации компонентами плазмы. В зависимости от атмосферы плазмообразующего газа и пространственного расположения образцов относительно зоны эрозии мишени формируются: а) «нитевидная» структура со смешанной текстурой (002) + (112); б) клиновидно-столбчатая структура с текстурой (002); в) столбчатая структура с текстурой (300).

2. Повышение степени структурного совершенства покрытий на основе ГА при осаждении методом ВЧ-магнетронного распыления достигается добавлением молекул воды в состав плазмообразующего газа в качестве источника

дополнительных гидроксильных групп, позволяющих компенсировать эффект дегидроксилации покрытий.

3. Феноменологическая модель ионно-индуцированных микроструктурных превращений в покрытиях на основе ГА, формируемых в условиях ионной бомбардировки при ВЧ-магнетронном распылении, отражающая влияние отношения ионного и атомного потоков, достигающих поверхности конденсации и передачу импульса от бомбардирующих ионов атомам покрытия с учетом плотности упаковки атомных плоскостей в структуре ГА.

4. Доминирующим механизмом, определяющим соотношение Ca/P в покрытии, является преимущественное распыление фосфора при бомбардировке поверхности конденсации компонентами плазмы.

Достоверность полученных результатов обеспечивается физической корректностью постановки задач диссертации, использованием современных экспериментальных методов исследования и теоретических представлений физики конденсированного состояния, соответствием экспериментальных результатов данным других авторов и оценкам, полученным на основе теоретических моделей.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и школах-семинарах: Международной научно-практической конференции студентов и молодых учёных «Современные техника и технологии» (Россия, г. Томск, 2011, 2012), Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Россия, г. Томск, 2012, 2013), XI Международной научной конференции «Химия твердого тела: наноматериалы, нанотехнологии» (Россия, Ставрополь, 2012), III Всероссийской молодёжной конференции с элементами научной школы «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества» (Москва, 2012), 53rd International Scientific Conference and 1st World Congress of RPI-RTU Engineering Alumni (Latvia, Riga, 2012), 19th International Vacuum Congress (Paris, France, 2013), Workshop «Coated Surfaces for Biomedical Application» (Essen, Germany 2013), International Conference on Processing and Manufacturing of Advanced Materials (THERMEC, Las Vegas, USA, 2013), 16th

International Conference of Thin Film (ICTF 2016, Dubrovnik, Croatia, 2014), 14th International Conference on Plasma Surface Engineering (Garmisch-Partenkirchen, Germany, 2014), 8th Conference of the Scandinavian Society for Biomaterials (ScSB, Latvia, Riga, 2015), 7th International Conference «Nanoparticles, Nanostructured Coatings and Microcontainers: Technology, Properties, Application» (Russia, Tomsk, 2016), 20th International Vacuum Congress (Busan, South Korea, 2016).

Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в 11 публикациях, в том числе 3 статьях в журналах, рекомендованных ВАК России, 8 статьях в журналах, входящих в базу данных SCOPUS и Web of Science.

Личный вклад автора в диссертационную работу состоял в определении цели, постановке задач исследования, планировании экспериментов, непосредственном участии в их проведении, обработке и анализе полученных результатов, формулировании выводов и положений, выносимых на защиту, написании статей по теме диссертации.

Работа выполнялась в рамках партнерского соглашения о двойном научном руководстве и присуждении кандидатской/докторской степени между Национальным исследовательским Томским политехническим университетом и Университетом Гента (Бельгия) от 7 февраля 2014 г.

Связь работы с Государственными программами и НИР. Работа выполнялась в рамках следующих научных проектов и программ: проект РНФ 1513-00043 «Разработка технологии изготовления и доклиническая оценка хирургических имплантатов на основе композиционных титановых носителей полученных с помощью аддитивных технологий для коррекции врожденной и приобретенной патологии опорно-двигательной системы человека» (2015-2017 гг.), 14-13-00274 «Конструирование функционально-модифицированых градиентных биокерамических покрытий для направленного регулирования скорости резорбции» (2014-2016 гг.); проект ФЦП 14.587.21.0013 «Исследование способов получения гибридных скэффолдов для регенеративной медицины» (уникальный идентификационный номер заявки 2015-14-588-0002-5599) (2015-2017 гг.), гранты Президента для поддержки молодых ученых кандидатов наук МК-7907.2016.8

«Получение и исследование биодеградируемых скэффолдов для регенеративной медицины с определенным по величине и полярности поверхностным потенциалом» (2016-2017 гг.), МК-6459.2016.8 «Получение и исследование биодеградируемых скэффолдов с определенным по величине и полярности поверхностным потенциалом» (2016-2017 гг.), Госзадание «Наука» №1359 «Исследование структурных изменений и физических механизмов коррозии поверхности резорбируемых сплавов магния в результате ионно-плазменного воздействия» (2014-2016 гг.).

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемых источников, включающего 190 наименований. Полный объем диссертации - 134 листа машинописного текста, в том числе 47 рисунков и 10 таблиц.

Во Введении обоснована актуальность темы исследования, показана степень разработанности темы, определена цель исследований и задачи, решение которых необходимо для ее достижения, сформулирована научная новизна полученных результатов и их теоретическая и практическая значимость, приведены основные положения, выносимые на защиту, описана методология и методы исследования, приведены сведения об апробации результатов работы, публикациях, представлена структура диссертации.

В первой главе приведен аналитический обзор литературы по применению биоматериалов, представлен краткий обзор методов формирования кальций-фосфатных (в т. ч. на основе ГА) покрытий на поверхности материалов для медицинских имплантатов. Описаны теоретические основы процесса магнетронного распыления, физические принципы метода ВЧ-магнетронного распыления. Рассмотрены механизмы формирования покрытий и кинетические модели, описывающие структурообразование покрытий в зависимости от режимов напыления.

Во второй главе приведено описание метода и режимов нанесения покрытия, дана характеристика исходных материалов, описаны методики экспериментальных и теоретических исследований.

Третья глава посвящена описанию результатов исследования свойств покрытий на основе ГА, сформированных методом ВЧ-магнетронного распыления, характерным особенностям их микроструктуры и текстуры в зависимости от условий напыления.

В четвертой главе представлены выявленные закономерности формирования текстуры и микроструктуры покрытий на основе ГА.

Благодарности

Автор выражает искреннюю благодарность руководителям Р.А. Сурменеву и Д. Депла за помощь в организации и проведении экспериментов, анализе результатов, поддержку и внимание к работе; В.Ф. Пичугину за ценные критические замечания; М.А. Сурменевой и К.Е. Евдокимову за интерес к работе, обсуждение результатов исследования и консультации по вопросам написания диссертации; С.В. Фортуне, Ю.Ф. Иванову, К.В. Иванову, М.П. Калашникову за помощь в проведении электронно-микроскопических исследований, консультации и обсуждение результатов; М.В. Чайкиной за подготовку ГА-порошка для напыления; В.П. Игнатову за помощь в пробоподготовке; В.М. Погребенкову за помощь в приготовлении мишени; коллегам В.В. Шугурову, Т.М. Мухаметкалиеву, Е.С. Мельникову, Р.А. Чернозему, А.А. Шароновой за поддержку и помощь в проведении экспериментов по напылению покрытий; бельгийским коллегам (Olivier Janssens, Nico de Roo, Sigelinde Van Steenberge, Bert Braeckman, Francis Boydens, Wouter Leroy, Koen Strijckmans and Roeland Schelfhout) за помощь в проведении исследований и дружественный прием.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПО ТЕМЕ «БИОМАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИАПАТИТА»

1.1. Материалы, применяемые в медицине

Биоматериаловедение на сегодняшний день выделяется в отдельную отрасль знания, самостоятельную научную дисциплину, направленную на решение фундаментальных и прикладных вопросов создания и применения искусственных и природных материалов медицинского назначения, предназначенных для восстановления утраченных или поврежденных органов и тканей. Проблема носит междисциплинарный характер и решается с привлечением специалистов из разных областей науки: химии, физики, биологии, медицины и материаловедения. Достижения последних десятилетий изменили медицинские технологии восстановительной и реконструкционной хирургии, травматологии, ортопедии и других областей, способствующих улучшению здоровья и качества жизни человека.

Научно-исследовательские разработки, направленные на создание биоматериалов, занимают отдельный сегмент на современном рынке наукоемких технологий. В России прорывные инновационные подходы в медицинской и фармацевтической отраслях реализуются на базе технологической платформы «Медицина будущего».

К свойствам изделий биомедицинского назначения выдвигаются особые требования. Имплантируемый материал должен быть устойчивым к коррозионно-активным средам организма и должен сохранять свои функциональные качества в течение определенного времени, не изменяя существенно свою структуру и биомеханические свойства [5].

Для замещения костных дефектов изначально использовали алло- и аутотрансплантаты - фрагменты кости донора и собственной кости пациента соответственно. Однако использование этого вида замещающих материалов сопряжено с проблемами, связанными с возможными иммунными реакциями организма и необходимостью проводить вторичные операции, поэтому в течение

многих лет усилия исследователей направлены на создание синтетических биоматериалов. Эволюция разработок в этой области связана с тремя поколениями материалов [6-8].

К первому поколению относят биоинертные материалы: металлокерамика на основе оксида титана, ванадия, циркония и алюминия, корундовая керамика, стеклоуглерод, никелид титана, а также титан, цирконий и золото. Они не влияют на процесс костеобразования; имеют диэлектрические свойства, практически не взаимодействуют с окружающими их тканями организма, вследствие чего присутствие имплантата не нарушает статических и динамических электропотенциалов костной ткани и не вызывают реакции организма на инородное тело. Однако на поверхности изготовленных из биоинертных материалов медицинских изделий происходит формирование фиброзной ткани, препятствующей образованию связи имплантата с костью. Поэтому существует риск отторжения таких изделий организмом из-за воспалительных реакций. Основные задачи, которые решаются при проектировании биоинертных имплантатов - приближение упругих характеристик изделий к характеристикам кости и придание им антикоррозионных свойств. Материалы первого поколения применяются в ортопедических устройствах, эндопротезах тазобедренного и коленного суставов.

Ко второму и третьему поколению относят материалы с биоактивными свойствами, а именно способностью вступать во взаимодействие с биологическими тканями, в частности, образовывать связь с растущей костью. В первом случае имплантаты проявляют остеокондуктивность, то есть благоприятствуют адгезии и связыванию остеогенных клеток, поддерживают процессы их пролиферации и дифференцировки. Во втором случае материалы являются остеоиндуктивными, стимулирующими образование костной ткани путем индуцирования дифференцировки клеток в остеообразующие (хондроциты, остеобласты) [8].

Из всех синтетических биоматериалов наиболее перспективна керамика на основе фосфатов кальция (КФ). Первые результаты по использованию КФ в качестве костезамещающего материала были опубликованы в 1920 г. в работе [9].

С 70-х годах XX века ведутся активные исследования в направлении их синтеза и применения в инженерии костной ткани. Интенсивные фундаментальные исследования российских (В.М. Иевлев, С.М. Баринов, П.Д. Саркисов, В.П. Орловский, В.С. Комлев, В.Я. Шевченко и др.) и зарубежных ученых (R.Z. LeGeros, W. Bonfield, L. Cheng, G. Daculsy, H. Aoki и др.) внесли большой вклад в развитие науки о КФ и технологий формирования материалов на их основе.

Накопленные на настоящий день данные о биологических свойствах и клиническом применении синтетических КФ биоматериалов показали, что они являются биосовместимыми и остеоиндуктивными, вследствие того, что они близки по своему составу костной ткани человека и вызывают биологические реакции, схожие с таковыми при ремоделировании кости [10]. Несмотря на значительное количество КФ в медицине, для замещения костных дефектов наиболее широкое применение находят два из них: Р-трикальцийфосфат ф-ТКФ) и ГА, как самые стабильные, имеющие низкую растворимость и наиболее близкое к костной ткани соотношение элементов. Недостатком КФ-керамики является ее хрупкость. Поэтому наилучшие материалы для использования в ортопедии и стоматологии - металлические материалы с КФ-покрытием, обеспечивающие биологическую совместимость, способность к биоинтеграции имплантата в костную ткань и высокие биомеханические свойства.

1.2. Гидроксиапатит: структура и свойства

Гидроксиапатит является синтетическим кристаллохимическим аналогом биоапатита, неорганического компонента твердых тканей млекопитающих, поэтому материалы на основе ГА активно применяются в восстановительной хирургии [11-13]. В соответствии со структурными характеристиками ГА относится к типу апатита, а по химическому составу является ортофосфатом кальция с общей формулой A10X6Y2 [14], где A означает 1-3-валентные катионы (Са2+, Mg2+, Ва2+, Sr2+, Pb2+, K+, Cu2+, Zn2+, Na+, Al3+, Fe3+, Sn2+, Cd2+ и др.), X - 1-3-валентные анионы (PO43-, CO32-, SiO44-, SO42-, VO43-), Y - 1-2-валентные анионы

(OH-, F-, O2-, Cl-, CO32-). Химический состав ГА записывают формулой Ca10(PO4)6(OH)2, стехиометрическое соотношение Ca/P которого равно 1,67.

Кристаллическая структура ГА принадлежит к пространственной группе P63/m в гексагональной сингонии. Данная группа структур содержит три вида вертикальных осей симметрии, шестого, третьего и второго порядков, проходящих через разные точки базисной плоскости гексагональной ячейки; плоскости зеркального отражения, перпендикулярные вертикальной оси (осям симметрии) и пересекающие ее в точках z = 1/4 и z = 3/4; несколько центров симметрии [12, 15]. Возможно снижение симметрии ГА до моноклинной сингонии (P2i/b) вследствие упорядочения расположения ОН- группы в кальциевых каналах и увеличения параметра b элементарной ячейки [16]. По мнению авторов [17] переориентация дипольных O-H-групп определяет структурные изменения ГА. При наличии вакансий ионов ОН- статистические различия между моноклинной и псевдогексагональной структурами становятся незначительными. Поэтому более детальное рассмотрение структуры апатитов может быть основано на анализе структурных особенностей идеализированной гексагональной модификации P63/m. Потеря гидроксильных групп приводит к декомпозиции ГА с образованием тетракальцийфосфата (ТеКФ, Ca4(PO4)2O или трикальцийфосфата (ТКФ, Cas(PO4)2).

Фосфатные тетраэдры РО4 являются основными структурными элементами ГА, которые формируют жесткий трехмерный каркас с осевыми каналами вдоль кристаллографического направления (001) (рисунок 1.1). Катионы Са2+ занимают в структуре апатита две кристаллографически различные позиции (рисунок 1.1, а,в).

Тетраэдры РО4 связаны вместе колонками ионов Са1 (рисунок 1.1, а), которые окружены девятью ионами кислорода, принадлежащими РО4 группам. Осевой канал, содержащий анионные позиции ОН, образуют ионы Са2 (рисунок 1.1, б), связанные с ионами кислорода РО4 тетраэдров и с анионом осевого канала. Треугольники из катионов Са2 лежат в зеркальных плоскостях при z=1/4 и z=3/4 с винтовыми осями 63 в их центре [16, 18]. Таким образом, уточненная формула

структуры апатитов кальция может быть представлена в виде Са(1)4Са(2)6(РО4>(ОН)2.

в

Рисунок 1.1 - Кристаллографическая структура ГА [18]: а - координационное окружение ионов Са1 с учетом кристаллографического направления [100]; б - кристаллографическая структура ГА, спроецированная на базисную плоскость элементарной ячейки [001]; в - треугольники ионов Са2 вокруг ОН-канала с окружением из семи ионов кислорода; г - проекция

Параметры и строение элементарных ячеек всех апатитов кальция псевдогексагональной симметрии достаточно близки. В литературе разные исследователи приводят данные, которые несколько расходятся между собой. Данное обстоятельство обосновано тем, что опубликованные значения получены в разное время, с использованием разной аппаратуры, методических приемов и на разных объектах.

В соответствии с базой данных ICDD (International Center for Diffraction Data) для ГА (Cai0(PO4)6(OH)2) с номером 09-0432 гексагональной сингонии параметры решетки составляют a = b = 9,418 Â, с = 6,884 Â.

1.3. Методы формирования кальций-фосфатных покрытий

Повышенный интерес исследователей к вопросу модифицирования поверхности металлических имплантатов путем нанесения КФ-покрытий привел к

разработке большого количества методов формирования тонких биоактивных покрытий. Разнообразие технологических подходов открывает возможности для создания покрытий с различным набором свойств, обеспечивающих потребности практической медицины в широкой номенклатуре имплантационных систем. В общей сложности КФ-покрытия должны обладать необходимым уровнем биоактивности, биорезорбируемости и стимулирования образования костной ткани. При этом покрытия должны быть устойчивыми в биологических средах, иметь высокую адгезионную прочность с материалом основы. Основными методами формирования КФ-покрытий являются: плазменное напыление [19-22], золь-гель технология [23-25], метод лазерной абляции [26], метод микродугового оксидирования [27-34], биомиметические методы [35], электрофорез [36, 37], метод ионно-ассистированного нанесения [38-43] и ВЧ-магнетронное распыление [44-50].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Иванова, Анна Александровна, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Development of a, b-plane-oriented hydroxyapatite ceramics as models for living bones and their cell adhesion behavior / Zhuang Z. [et al.] // Acta biomaterialia. - 2013.

- Т. 9. - № 5. - С. 6732-6740.

2. Костюченко, А.В. Синтез и структура пленок на основе гидроксиапатита : дис. ... канд. физ.-мат. наук / А.В. Костюченко. - Воронеж : Воронежский государственный технический университет, 2009. - 105 с.

3. Сурменева, М.А. Закономерности формирования, структурные особенности и свойства покрытий на основе фосфатов кальция, полученных ВЧ-магнетронным осаждением : дис. ... канд. физ.-мат. наук / М.А. Сурменева. - Томск, 2012. - 158 с.

4. The preparation of calcium phosphate coatings on titanium and nickel-titanium by rf-magnetron-sputtered deposition: composition, structure and micromechanical properties / Pichugin V.F. [et al.] // Surface and Coatings Technology. - 2008. - Т. 202.

- № 16. - С. 3913-3920.

5. Синтез компактных нанокристаллических пленок гидроксиапатита / С.М. Баринов [и др.] // Доклады Академии наук. - Академиздатцентр «Наука» РАН, 2007. - Т. 412. - № 3. - С. 347-350.

6. Advanced biomaterials for skeletal tissue regeneration: Instructive and smart functions / F. Barrere, T.A. Mahmood, K. de Groot, C.A. van Blitterswijk // Material Science and Engineering: R: Reports. - 2008. - Т. 59. - С. 38-71.

7. Salinas, A.J. Evolution of ceramics with medical applications / A.J. Salinas, M. Vallet-Regi // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. - 2007. - Т. 633.

- С. 1762-1773.

8. Vallet-Regi, M. Calcium phosphates as substitution of bone tissues / M. Vallet-Regi, J.M. Gonzalez-Calbet // Progress in Solid State Chemistry. - 2004. - Т. 32. - № 1.

- С. 1-31.

9. Albee, F.H. Studies in bone growth: triple calcium phosphate as a stimulus to osteogenesis / F.H. Albee //Annals of surgery. - 1920. - Т. 71. - № 1. - С. 32.

10. Берченко, Г.Н. Синтетические кальций-фосфатные материалы в травматологии и ортопедии / Г.Н. Берченко // Применение искусственных кальциево-фосфатных биоматериалов в травматологии и ортопедии : сб. работ Всерос. науч.-практ. конф. - М., 2010. - С. 3-5.

11. Данильченко, С.Н. Структура и свойства апатитов кальция с точки зрения биоминералогии и биоматериаловедения / С.Н. Данильченко // В юн. СумДУ, Сер.: Фiзика, математика, мехашка. - 2007. - № 2. - С. 33-58.

12. Elliott, C. Structure and chemistry of apatite and other calcium orthophosphates / C. Elliott. - Amsterdam; London; New York; Tokyo : Elsevier, 1994. - 389 с.

13. Dorozhkin, S.V. Calcium orthophosphates / S.V. Dorozhkin // Journal of materials science. - 2007. - Т. 42. - № 4. - С. 1061-1095.

14. White, T.J. Structural derivation and crystal chemistry of apatites / T.J. White, Z.L. Dong // Acta Crystallographica Section B: Structural Science. - 2003. - Т. 59. - № 1. -С. 1-16.

15. Каназава, Т. Неорганические фосфатные материалы / Т. Каназава. - Киев : Наукова думка, 1998.

16. Hughes, J.M. The crystal structure of apatite, Ca5 (PO4) 3 (F, OH, Cl) / J.M. Hughes, J. Rakovan // Reviews in mineralogy and geochemistry. - 2002. - Т. 48. -№ 1. - С. 1-12.

17. Hitmi, N. OH- dipole reorientability in hydroxyapatites: Effect of tunnel size / N. Hitmi, C. LaCabanne, R.A. Young // Journal of Physics and Chemistry of Solids. - 1986. - Т. 47. - № 6. - С. 533-546.

18. Crystal structure of calcium-deficient carbonated hydroxyapatite. Thermal decomposition / T.I. Ivanova, O.V. Frank-Kamenetskaya, A.B. Kol'tsov, V.L. Ugolkov // Journal of Solid State Chemistry. - 2001. - Т. 160. - № 2. - С. 340-349.

19. Further studies on the plasma-sprayed amorphous phase in hydroxyapatite coatings and its deamorphization / J. Weng, X. Liu, X. Zhang, Z. Ma, X. Ji, Z. Zyman // Biomaterials. - 1993. - Т. 14. - № 8. - С. 578-582.

20. Material fundamentals and clinical performance of plasma-sprayed hydroxyapatite coatings: a review / L. Sun, C.C. Berndt, K.A. Gross, A. Kucuk // Journal of biomedical materials research. - 2001. - Т. 58. - № 5. - С. 570-592.

21. Geesink, R.G.T. Chemical Implant Fixation Using Hydroxyl-Apatite Coatings: The Development of a Human Total Hip Prosthesis for Chemical Fixation to Bone Using Hydroxyl-Apatite Coatings on Titanium Substrates / R.G.T. Geesink, K. de Groot, C.P.A.T. Klein // Clinical orthopaedics and related research. - 1987. - Т. 225. - С. 147170.

22. Plasma sprayed coatings of hydroxylapatite / K. de Groot, R. Geesink, C.P. Klein, P. Serekian // Journal of biomedical materials research. - 1987. - Т. 21. - № 12. - С. 1375-1381.

23. Биоматериалы иимплантаты для травматологии и ортопедии / Т.С. Петровская, В.П. Шахов, В.И. Верещагин, В.П. Игнатов. - Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2011. - 307 с.

24. Kim, H.W. Improvement of hydroxyapatite sol-gel coating on titanium with ammonium hydroxide addition / H.W. Kim, H.E. Kim, J.C. Knowles // Journal of the American Ceramic Society. - 2005. - Т. 88. - № 1. - С. 154-159.

25. Hydroxyapatite coating by sol-gel on Ti-6Al-4V alloy as drug carrier / E.P. Aves,

G.F. Estevez, M.S. Sader, J.C. Sierra, J.C. Yurell, I.N. Bastos, G.D. Soares // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. - 2009. - Т. 20. - № 2. - С. 543-547.

26. Hydroxyapatite thin films grown by pulsed laser deposition and radio-frequency magnetron sputtering: comparative study / V. Nelea, M. Morosanu, M. Iliescu, I.N. Mihailescu // Applied Surface Science. - 2004. - Т. 228. - № 1. - С. 346-356.

27. MAO-preparation of nanocrystalline hydroxyapatite-titania composite films: Formation stages and effect of the growth time / F. Golestani-Fard, M.R. Bayati,

H.R. Zargar, S. Abbasi, H.R. Rezaei // Materials Research Bulletin. - 2011. - Т. 46. - № 12. - С. 2422-2426.

28. Micro-arc oxidation of Ti6Al4V and Ti6Al7Nb alloys for biomedical applications / H. Cimenoglu, M. Gunyuz, G. Torun Kose, M. Baydogan, F. Ugurlu, C. Sener // Materials Characterization. - 2011. - Т. 62. - № 3. - С. 304-311.

29. Strontium doped hydroxyapatite film formed by micro-arc oxidation / K. Nan, T. Wu, J. Chen, S. Jiang, Y. Huang, G. Pei // Materials Science and Engineering: C. - 2009.

- Т. 29. - № 5. - С. 1554-1558.

30. The biocompatibility of hydroxyapatite film deposition on micro-arc oxidation Ti6Al4V alloy / R. Luo, Z. Liu, F. Yan, Y. Kong, Y. Zhang // Applied Surface Science.

- 2013. - Т. 266. - С. 57-61.

31. Microstructure and bioactivity of Ca, P and Sr doped TiO 2 coating formed on porous titanium by micro-arc oxidation / Y. Yan, J. Sun, Y. Han, D. Li, K. Cui // Surface and Coatings Technology. - 2010. - Т. 205. - № 6. - С. 1702-1713.

32. Kung, K.C. Bioactivity and corrosion properties of novel coatings containing strontium by micro-arc oxidation / K.C. Kung, T.M. Lee, T.S. Lui // Journal of Alloys and Compounds. - 2010. - Т. 508. - № 2. - С. 384-390.

33. Bone integration capability of a series of strontium-containing hydroxyapatite coatings formed by micro-arc oxidation / J. Yan, J.F. Sun, P.K. Chu, Y. Han, Y.M. Zhang // Journal of Biomedical Materials Research Part A. - 2013. - Т. 101. - № 9. - С. 24652480.

34. Characteristics and biological responses of novel coatings containing strontium by micro-arc oxidation / K.C. Kung [et al.] // Surface and Coatings Technology. - 2010. -Т. 205. - № 6. - С. 1714-1722.

35. Mavis, B. Dip-Coating of Calcium Hydroxyapatite on Titanium Alloy (ti-6ai-4v) and Stainless Steel (316L) Substrates / B. Mavis, A.C. Tas // MRS Proceedings. -Cambridge University Press, 1999. - Т. 599. - С. 67.

36. Electrophoretic deposition of biomaterials / A.R. Boccaccini, S. Keim, R. Ma, Y. Li, I. Zhitomirsky // Journal of the Royal Society Interface. - 2010. - Т. 7. - № Suppl 5.

- С. S581-S613.

37. Surface engineering for bone implants: a trend from passive to active surfaces / R. Bosco [et al.] // Coatings. - 2012. - Т. 2. - № 3. - С. 95-119.

38. Early healing of nanothickness bioceramic coatings on dental implants. An experimental study in dogs / P.G. Coelho, G. Cardaropoli, M. Suzuki, J.E. Lemons //

Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials. - 2009. - Т. 88.

- № 2. - С. 387-393.

39. Coelho, P.G. Physico/chemical characterization and in vivo evaluation of nanothickness bioceramic depositions on alumina-blasted/acid-etched Ti-6Al-4V implant surfaces / P.G. Coelho, J.E. Lemons // Journal of Biomedical Materials Research Part A.

- 2009. - Т. 90. - № 2. - С. 351-361.

40. Effects of calcium phosphate coating to SLA surface implants by the ion-beam-assisted deposition method on self-contained coronal defect healing in dogs / H.J. Yoon, J.E. Song, Y.J. Um, G.J. Chae, S.M. Chung, I.S. Lee, U.W. Jung, C.S. Kim, S.H. Choi // Biomedical Materials. - 2009. - Т. 4. - № 4. - С. 044107.

41. Biomechanical and histomorphometric evaluation of a thin ion beam bioceramic deposition on plateau root form implants: an experimental study in dogs / R. Granato, C. Marin, M. Suzuki, J.N. Gil, M.N. Janal, P.G. Coelho // Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials. - 2009. - Т. 90. - № 1. - С. 396-403.

42. Cui, F.Z. Highly adhesive hydroxyapatite coatings on titanium alloy formed by ion beam assisted deposition / F.Z. Cui, Z.S. Luo, Q.L. Feng // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. - 1997. - Т. 8. - № 7. - С. 403-405.

43. Choi, J.M. Ion-beam-assisted deposition (IBAD) of hydroxyapatite coating layer on Ti-based metal substrate / J.M. Choi, H.E. Kim, I.S. Lee // Biomaterials. - 2000. - Т. 21. - № 5. - С. 469-473.

44. Application of magnetron sputtering for producing ceramic coatings on implant materials / J.A. Jansen [et al.] // Clinical oral implants research. - 1993. - Т. 4. - № 1. -

C. 28-34.

45. Martin, P.M. Handbook of deposition technologies for films and coatings: science, applications and technology / P.M. Martin. - William Andrew, 2009.

46. Mattox, D.M. Handbook of physical vapor deposition (PVD) processing /

D.M. Mattox. - William Andrew, 2010.

47. Influence of annealing temperature on RF magnetron sputtered calcium phosphate coatings / K. Van Dijk [et al.] // Biomaterials. - 1996. - Т. 17. - № 4. - С. 405-410.

48. Influence of discharge power level on the properties of hydroxyapatite films deposited on Ti6A14V with RF magnetron sputtering / K. Van Dijk, H. Schaeken, J. Wolke, C. Maree, F. Habraken, J. Verhoeven, J. Jansen // Journal of biomedical materials research. - 1995. - Т. 29. - С. 269-276.

49. Study of the surface characteristics of magnetron-sputter calcium phosphate coatings / J.G.C. Wolke, K. van Dijk, H.G. Schaeken, K. de Groot, J.A. Jansen // Journal of biomedical materials research. - 1994. - Т. 28. - № 12. - С. 1477-1484.

50. Plasma surface modification of magnesium alloy for biomedical application / J. Yang [et al.] // Surface and Coatings Technology. - 2010. - Т. 205. - С. S182-S187.

51. Cao, H. Plasma-Sprayed Ceramic Coatings for Osseointegration / H. Cao, X. Liu // International Journal of Applied Ceramic Technology. - 2013. - Т. 10. - № 1. - С. 110.

52. Paital, S.R. Calcium phosphate coatings for bio-implant applications: materials, performance factors, and methodologies / S.R. Paital, N.B. Dahotre // Materials Science and Engineering: R: Reports. - 2009. - Т. 66. - № 1. - С. 1-70.

53. Hydroxyapatite-coated titanium for orthopaedic implant applications / S.D. Cook, K.A. Thomas, J.F. Kay, M. Jarcho // Clinical Orthopaedics and Related Research. - 1988.

- Т. 232. - С. 225-243.

54. Shepperd, J.A.N. A contemporary snapshot of the use of hydroxyapatite coating in orthopaedic surgery / J.A.N. Shepperd, H. Apthorp // Journal of Bone & Joint Surgery, British Volume. - 2005. - Т. 87. - № 8. - С. 1046-1049.

55. Дентальные имплантаты и плазменное напыление в технологии их производства / В.Н. Лясников, А.В. Лепилин, А.В. Лясникова, Д.А. Смирнов -Саратов : СГТУ, 2004. - 192 с.

56. Zhang, J.X. Synthesis and characterization of sol-gel hydroxyapatite coatings deposited on porous NiTi alloys / J.X. Zhang, R.F. Guan, X.P. Zhang // Journal of Alloys and Compounds. - 2011. - Т. 509. - № 13. - С. 4643-4648.

57. Azem, F.A. Synthesis and structural properties of sol-gel derived Si-substituted hydroxyapatite coatings / F.A. Azem, E.O. Eroglu, A. Cakir // Journal of Biomechanics.

- 2011. - Т. 44. - С. 13.

58. Pietters, Y. Carbonate incorporation in homogeneously precipitated calcium hydroyapatite obtained by hydrolysis of octacalciumphosphate / Y. Pietters, R.M. Verbeeck // 12-European conference on biomaterials. - Porto, Portugal, 1995. - P. 78.

59. Jedynski, M.J. Szymanski. Plasma plume induced during ArF laser ablation of hydroxyapatite / M.J. Jedynski, W. Hoffman, Z. Mroz // Applied Surface Science. - 2008. - Т. 255. - № 5. - С. 2230-2236.

60. Mechanical properties of calcium phosphate coatings deposited by laser ablation / L. Cleries, E. Martinez, J.M. Fernandez-Pradas, G. Sardin, J. Esteve, J.L. Morenza // Biomaterials. - 2000. - Т. 21. - № 9. - С. 967-971.

61. Пат. № 2385740. Российская Федерация. Биоактивное покрытие на имплантате из титана и способ егополучения.на изобретение / Легостаева Е.В., Шаркеев Ю.П., Толкачева Т.В., Толмачев А.И., Уваркин П.В. - 10.04.2010, Бюл. № 10.

62. Исследование влияния напряжения микродугового оксидирования на физико-химические свойства кальцийфосфатных покрытий на титане / Е.В. Легостаева Е. Г. Кряжева, Ю.П. Шаркеев, П.В. Уваркин // Перспективные материалы. Спец. выпуск. - 2011. - № 13. - С. 456-464.

63. Гордиенко, П.С. Микродуговое оксидирование титана и его сплавов / П.С. Гордиенко, С.В. Гнеденков. - Владивосток : Дальнаука, 1997. - 186 с.

64. Пат. № 2077612. Российская Федерация. Способ нанесения покрытия на вентильные металлы и их сплавы / Мамаев А.И, Рамазанова Ж.М., Савельев Ю.А, Бутягин П.И. - 20.04.97.

65. Nanoscale analysis of calcium phosphate films obtained by RF magnetron sputtering during the initial stages of deposition / E.O. Lopez [et al.] // Surface and Coatings Technology. - 2015. - Т. 279. - С. 16-24.

66. Ozeki, K. Influence of the hydrothermal temperature and pH on the crystallinity of a sputtered hydroxyapatite film / K. Ozeki, H. Aoki, T. Masuzawa // Applied Surface Science. - 2010. - Т. 256. - № 23. - С. 7027-7031.

67. The influence of the deposition parameters on the properties of an rf-magnetron-deposited nanostructured calcium phosphate coating and a possible growth mechanism / R.A. Surmenev [et al.] // Surface and coatings technology. - 2011. - Т. 205. - № 12. -С. 3600-3606.

68. Effect of the processing parameters on the integrity of calcium phosphate coatings produced by RF-magnetron sputtering / J.A. Toque [et al.] // International Journal of Modern Physics B. - 2009. - Т. 23. - № 31. - С. 5811-5818.

69. Wang, G. Functional coatings or films for hard-tissue applications / G. Wang, H. Zreiqat // Materials. - 2010. - Т. 3. - № 7. - С. 3994-4050.

70. Сурменев, Р.А. Формирование биосовместимых кальций-фосфатных покрытий методом высокочастотного магнетронного распыления : автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук / Р.А. Сурменев. - Томск : Томский политехнический университет, 2008. - 20 с.

71. Белоногов, Е.К. Структурные и субструктурные изменения с ростом толщины конденсированных пленок неорганических материалов : автореф. дис. ... докт. физ.-мат. наук. - Воронеж : Воронежский государственный технический университет, 2011. - 21 с.

72. The release of nickel from nickel-titanium (NiTi) is strongly reduced by a sub-micrometer thin layer of calcium phosphate deposited by rf-magnetron sputtering / R.A. Surmenev [et al.] // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. - 2010. - Т. 21. - № 4. - С. 1233-1239.

73. Surmenev, R.A. A review of plasma-assisted methods for calcium phosphate-based coatings fabrication / R.A. Surmenev // Surface and Coatings Technology. - 2012. - Т. 206. - № 8. - С. 2035-2056.

74. Структура и механические свойства пленок гидроксиапатита / В.М. Иевлев [и др.] // Вестник ТГУ. - 2010. - Т. 15. - № 3.

75. Синтез нанокристаллических пленок гидроксиапатита / В.М. Иевлев [и др.] // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2007. - Т. 9. - № 3. - С. 209215.

76. Effect of crystallinity of calcium phosphate nanoparticles on adhesion, proliferation, and differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells / Q. Hu [et al.] // J. Mater. Chem. - 2007. - Т. 17. - № 44. - С. 4690-4698.

77. Effect of hydroxyapatite coating crystallinity on dissolution and osseointegration in vivo / W. Xue [et al.] // Journal of Biomedical Materials Research Part A. - 2005. - Т. 74. - № 4. - С. 553-561.

78. Roy, M. Induction plasma sprayed nano hydroxyapatite coatings on titanium for orthopaedic and dental implants / M. Roy, A. Bandyopadhyay, S. Bose // Surface and Coatings Technology. - 2011. - Т. 205. - № 8. - С. 2785-2792.

79. Influence of thermal treatment on the roughness, corrosion resistance and wettability of hydroxyapatite films deposited by RF magnetron sputtering / M. Dinu [et al.] // Key Engineering Materials. - 2014. - Т. 587. - С. 297-302.

80. Пат. № 2523410. Российская Федерация. Способ получения наноструктурированного кальций-фосфатного покрытия для медицинских имплантатов / Беркин А.Б., Дерябина В.В. - 09.04.13.

81. Behavior regulation of adsorbed proteins via hydroxyapatite surface texture control / X.L. Dong [et al.] // The Journal of Physical Chemistry B. - 2008. - Т. 112. - № 15. -С. 4751-4759.

82. In vitro dissolution and mechanical behavior of c-axis preferentially oriented hydroxyapatite thin films fabricated by pulsed laser deposition / H. Kim [et al.] // Acta biomaterialia. - 2010. - Т. 6. - № 8. - С. 3234-3241.

83. Unique alignment and texture of biological apatite crystallites in typical calcified tissues analyzed by microbeam X-ray diffractometer system / T. Nakano [et al.] // Bone. - 2002. - Т. 31. - № 4. - С. 479-487.

84. Uskokovic, V. The role of hydroxyl channel in defining selected physicochemical peculiarities exhibited by hydroxyapatite / V. Uskokovic // RSC Advances. - 2015. - Т. 5. - № 46. - С. 36614-36633.

85. Intrinsic factors of apatite influencing its amorphization during plasma-spray coating / J. Weng [et al.] // Biomaterials. - 1995. - Т. 16. - № 1. - С. 39-44.

86. York, N. Amorphous phase formation in plasma-sprayed hydroxyapatite coatings / N. York // Journal of biomedical, materials research. - 1998. - Т. 39. - № 3. - С. 407414.

87. Crystallographic texture in pulsed laser deposited hydroxyapatite bioceramic coatings / H. Kim, R.P. Camata, S. Lee, G.S. Rohrer, A.D. Rollett, Y.K. Vohra // Acta materialia. - 2007. - Т. 55. - С. 131-139.

88. Radio frequency magnetron sputtering deposition of calcium phosphate coatings: the effect of resputtering on the coating composition / B. Feddes [et al.] // Journal of applied physics. - 2003. - Т. 93. - № 12. - С. 9503-9507.

89. Greene, J.E. Tracing the 5000-year recorded history of inorganic thin films from -3000 BC to the early 1900s AD / J.E. Greene // Applied Physics Reviews. - 2014. - Т. 1. - № 4. - С. 041302.

90. Sigmund, P. Theory of sputtering. I. Sputtering yield of amorphous and polycrystalline targets / P. Sigmund // Physical review. - 1969. - Т. 184. - № 2. - С. 383.

91. Luth, H. Solid surfaces, interfaces and thin films / H. Luth. - Berlin : Springer, 2001. - Т. 4. - Р. 580.

92. Behrisch, R. Sputtering by particle bombardment / R. Behrisch, K. Wittmaack (ed.). - Berlin : Springer, 1983. - Т. 3.

93. Scherzer, B.M.U. Sputtering by particle bombardment II / B.M.U. Scherzer, R. Behrisch // Topics in Applied Physics. - 1983. - Т. 52. - С. 271.

94. Seah, M.P. Pure element sputtering yields using 500-1000 eV argon ions / M.P. Seah // Thin Solid Films. - 1981 - Т. 81. - № 3. - С. 279-287.

95. Energy dependence of the ion-induced sputtering yields of monatomic solids / N. Matsunami, Y. Itikawa, N. Itoh, Y. Kazumata, S. Miyagawa, K. Morita, R. Shimizu, H. Tawara // Atomic Data and Nuclear Data Tables. - 1984. - Т. 31. - № 1. - С. 1-80.

96. Depla, D. Magnetrons, reactive gases and sputtering / D. Depla. - Lulu.com, 2015.

97. Бериш, Р. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой: Физическое распыление одноэлементных твердых тел / Р. Бериш, В.А. Молчанов ; под ред. В.А. Молчанова. - М. : Мир, 1984. - 336 с.

98. Thompson, M.W. The energy spectrum of ejected atoms during the high energy sputtering of gold / M.W. Thompson // Philosophical Magazine. - 1968. - Т. 18. - № 152. - С. 377-414.

99. Thompson, M.W. Atomic collision cascades in solids / M.W. Thompson // Vacuum. - 2002. - Т. 66. - № 2. - С. 99-114.

100. Ghekiere, P. Structure evolution of biaxially aligned thin films deposited by sputtering : дис./ P. Ghekiere. - Ghent University, 2007.

101. Depla, D. Reactive sputter deposition / D. Depla, S. Mahieu. - Springer, 2008. -С. 191.

102. Ионно-плазменное осаждение покрытий / П.В. Турбин, В.И. Фареник, А.Ф. Целуйко, Н.Н. Юнаков, А.П. Яцков // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2003. - Т. 4. - С. 37-43.

103. Anders, A. Discharge physics of high power impulse magnetron sputtering /

A. Anders // Surface and Coatings Technology. - 2011. - Т. 205. - С. S1-S9.

104. Кривобоков, В.П. Плазменные покрытия (методы и оборудование) /

B.П. Кривобоков, Н.С. Сочугов, А.А. Соловьёв. - Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2008. - 104 с.

105. Черезова, Л.А. Ионно-лучевые методы в оптической технологии / Л.А. Черезова. - СПб. : СПб ГУ ИТМО, 2007. - 151 с.

106. Chapman, B. Glow discharge processes: sputtering and plasma etching / B. Chapman. - Wiley-Interscience, 1980.

107. Harsha, K.S. Principles of vapor deposition of thin films / K.S. Harsha. - Elsevier, 2005. - Р. 1159.

108. Gas discharge plasmas and their applications / A. Bogaerts, E. Neyts, R. Gijbels, J. van der Mullen // Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. - 2002. - Т. 57. -№ 4. - С. 609-658.

109. Работкин, С.В. Нанесение прозрачных проводящих покрытий на основе оксида цинка методом магнетронного распыления : дис. ... канд. техн. наук. -Томск, 2009. - 146 с.

110. Петухов, В.Ю. Ионно-лучевые методы получения тонких пленок / В.Ю. Петухов, Г.Г. Гумаров. - Казань : КГУ, 2010.

111. Venables, J.A. Nucleation and growth of thin films / J.A. Venables, G.D.T. Spiller, M. Hanbucken // Reports on Progress in Physics. - 1984. - Т. 47. - № 4. - С. 399.

112. Хир, К. Статистическая механика, кинетическая теория и стохастические процессы / К. Хир. - 1976.

113. Дубровский, В.Г. Теоретические основы технологии полупроводниковых наноструктур: учебное пособие / В.Г. Дубровский ; под ред. Л.В. Шароновой. - 2006.

114. Тумаркин, А.В. Исследование начальных стадий роста сегнетоэлектрических пленок титаната бария-стронция методом рассеяния ионов средних энергий / А.В. Тумаркин, И.Т. Серенков, В.И. Сахаров // Физика твердого тела. - 2010. - Т. 52. -№ 12.

115. Мовчан, Б.А. Исследование структуры и свойств толстых вакуумных конденсатов никеля, титана, вольфрама, окиси алюминия и двуокиси циркония / Б.А. Мовчан, А.В. Демчишин // Физика металлов и металловедение. - 1969. - Т. 28. - № 4. - С. 23-30.

116. Thornton, J.A. Influence of apparatus geometry and deposition conditions on the structure and topography of thick sputtered coatings / J.A. Thornton // Journal of Vacuum Science & Technology. - 1974. - Т. 11. - № 4. - С. 666-670.

117. Mahieu, S. Biaxial alignment in sputter deposited thin films / S. Mahieu // PhD thesis, University of Ghent. - 2006.

118. Biaxial alignment in sputter deposited thin films / S. Mahieu [et al.] // Thin Solid Films. - 2006. - Т. 515. - № 4. - С. 1229-1249.

119. Фортуна, С.В. Микроструктура покрытий на основе нитрида титана, полученных вакуумными методами : дис. ... канд. техн. наук. - Томск : Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, 2006.

120. Механохимический синтез гидроксилапатита с замещениями для нанесения покрытий на медицинские имплантаты методом высокочастотного магнетронного распыления / М.В. Чайкина [и др.] // Химия в интересах устойчивого развития. -2009. - Т. 17. - С. 513-520.

121. González-Díaz, P.F. On the hydroxyl ions in apatites / P.F. González-Díaz, M. Santos // Journal of Solid State Chemistry. - 1977. - Т. 22. - № 2. - С. 193-199.

122. Эппле, M. Биоматериалы и биоминерализация : пер. с нем. / М. Эппле ; под ред В.Ф. Пичугина, Ю.П. Шаркеева, И.А. Хлусова. - Томск : Ветер, 2007.

123. Klee, W.E. IR spectra of the phosphate ions in various apatites / W.E. Klee, G. Engel // Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. - 1970. - Т. 32. - № 6. -С. 1S37-1S43.

124. Pleshko, N. Novel infrared spectroscopic method for the determination of crystallinity of hydroxyapatite minerals / N. Pleshko, A. Boskey, R. Mendelsohn // Biophysical journal. - 1991. - Т. б0. - № 4. - С. 7S6.

125. Ivanova, A.A. Influence of deposition conditions on the composition, texture and microstructure of RF-magnetron sputter-deposited hydroxyapatite thin films / A.A. Ivanova, M.A. Surmeneva, R.A. Surmenev, D. Depla // Thin Solid Films. - 2015. -V. 591. - P. 36S-374.

126. XPS study of apatite-based coatings prepared by sol-gel technique / S. Kaciulis [et al.] // Applied Surface Science. - 1999. - Т. 151. - № 1. - С. 1-5.

127. XPS study of the process of apatite formation on bioactive Tí-6A1-4V alloy in simulated body fluid / H. Takadama [et al.] // Science and Technology of Advanced Materials. - 2001. - Т. 2. - № 2. - С. 3S9-396.

12S. Brunette, D.M. Titanium in medicine: material science, surface science, engineering, biological responses, and medical applications / D.M. Brunette. - Springer Science & Business Media, 2001.

129. Ivanova, A.A. The significance of calcium phosphate coating for the enhancement of new bone osteogenesis - a review / R.A. Surmenev, M.A. Surmeneva, A.A. Ivanova // Acta Biomaterialia. - 2014. - V. 10. - P. 557-579.

130. The structure of an RF-magnetron sputter-deposited silicate-containing hydroxyapatite-based coating investigated by high-resolution techniques / M.A. Surmeneva, M.V. Chaikina, V.I. Zaikovskiy, V.F. Pichugin, V. Buck, O. Prymak, M. Epple, R.A. Surmenev // Surface and Coatings Technology. - 2013. - Т. 21S. - С. 39-46.

131. Phase and elemental composition of silicon-containing hydroxyapatite-based coatings fabricated by RF-magnetron sputtering for medical implants / M. Surmeneva, R. Surmenev, M. Chaikina, A. Kachaev, V. Pichugin, M. Epple // Inorganic Materials: Applied Research. - 2013. - Т. 4. - С. 227-235.

132. Azzam, R.M.A. Ellipsometry and polarized light / R.M.A. Azzam, N.M. Bashara. - North-Holland. sole distributors for the USA and Canada, Elsevier Science Publishing Co., Inc., 1987.

133. Spectroscopic ellipsometry and polarimetry for materials and systems analysis at the nanometer scale: state-of-the-art, potential, and perspectives / M. Losurdo [et al.] // Journal of Nanoparticle Research. - 2009. - Т. 11. - № 7. - С. 1521-1554.

134. Tompkins, H. Handbook of ellipsometry / H. Tompkins, E.A. Irene. - William Andrew, 2005.

135. Briggs, D. Surface analysis by Auger and X-ray photoelectron spectroscopy / D. Briggs, J.T. Grant (ed.). - IM publications, 2003.

136. Hard to swallow dry: kinetics and mechanism of the anhydrous thermal decomposition of acetylsalicylic acid / G.T. Long [et al.] // Journal of pharmaceutical sciences. - 2002. - Т. 91. - № 3. - С. 800-809.

137. C-texture versus a-texture low pressure metalorganic chemical vapor deposition ZnO films: Lower resistivity despite smaller grain size / L. Fanni [et al.] // Thin Solid Films. - 2014. - Т. 565. - С. 1-6.

138. Van Aeken, K. The metal flux from a rotating cylindrical magnetron: a Monte Carlo simulation / K. Van Aeken, S. Mahieu, D. Depla // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2008. - Т. 41. - № 20. - С. 205-307.

139. Monte Carlo simulation of the transport of atoms in DC magnetron sputtering / S. Mahieu [et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. - 2006. - Т. 243. - № 2. - С. 313-319.

140. Прогнозирование эрозии мишени магнетронных распылительных систем / Д.А. Голосов, С.Н. Мельников, С.П. Кундас, А.П. Достанко // Проблемы физики, математики и техники. - 2010. - № 2 (3). - С. 62-67.

141. Depla, D. Magnetron sputter deposition as visualized by Monte Carlo modeling / D. Depla, W.P. Leroy // Thin Solid Films. - 2012. - Т. 520. - № 20. - С. 6337-6354.

142. McDaniel, E.W. Collision phenomena in ionized gases / E.W. McDaniel // Wiley Series in Plasma Physics, Wiley. - New York, 1964.

143. Ландау, Л.Д. Теоретическая физика: в 10 т. / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц // Механика. - М. : Иаука, 1973. - Т. 208.

144. Ido, S. Computational studies on plasma generation and erosion in a rectangular magnetron sputtering system / S. Ido, K. Nakamura // Japanese journal of applied physics. - 1996. - Т. 35. - № 4R. - С. 2302.

145. Физико-механические характеристики ВЧ-магнетронных покрытий на основе серебросодержащего гидроксиапатита / Д.С. Сыромотина, М.А. Сурменева, С.Н. Городжа, В.Ф. Пичугин, А.А. Иванова, И.Ю. Грубова, К.С. Кравчук, К.В. Гоголинский, О. Примак, М. Эппле, Р.А. Сурменев // Известия вузов. Физика. -2013. - T. 56. - № 10. - С. 85-91.

146. Иванова, А.А. Особенности формирования структуры ВЧ-магнетронных покрытий на основе серебросодержащего гидроксиапатита / А.А. Шаронова, Р.А. Сурменев, М.А. Сурменева, А.А. Иванова, И.Ю. Грубова, О. Примак, М. Эппле // Известия вузов. Физика. - 2013 - Т. 56 - № 12/2. - C. 240-245.

147. Спиридонов, А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов / А.А. Спиридонов. - 1981.

148. Ковтун, Ю.В. Средняя энергия ионизации молекулы воды электронным ударом / Ю.В. Ковтун // Журнал технической физики. - 2015. - Т. 85. - № 8. - С. 614.

149. Хороших, В.М. О характере влияния различных газов на процесс конденсации покрытий из плазмы вакуумной дуги / В.М. Хороших, С.А. Леонов. -2009. - Т. 7. - С. 268-272.

150. Петрология. I. Основы кристаллооптики и породообразующие минералы / А.А. Маракушев [и др.]. - М. : Научный Мир, 2000. - 316 с.

151. Риттер, Э. Пленочные диэлектрические материалы для оптических применений / Э. Риттер // Физика тонких пленок / под ред. Г. Хасса, М. Франкомбра, Р. Гофмана. - 1978. - Т. 8. - С. 7-60.

152. Оптические пленкообразующие материалы для инфракрасной области спектра / Е.Н. Котликов [и др.] // Научное приборостроение. - 2008. - Т. 18. - № 3.

- С. 32-37.

153. Boyd, A.R. Control of calcium phosphate thin film stoichiometry using multi-target sputter deposition / A.R. Boyd, C. O'Kane, B.J. Meenan // Surface and Coatings Technology. - 2013. - Т. 233. - С. 131-139.

154. Гурович, Б.А. Физические механизмы, лежащие в основе процесса селективного удаления атомов / Б.А. Гурович, К.Е. Приходько // Успехи физических наук. - 2009. - Т. 179. - № 2.

155. Бетц, Г. Распыление многокомпонентных материалов / Г. Бетц, Г. Венер // Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. - 1986. - № 11. - С. 24-133.

156. Никифоров, Д.К. Моделирование селективного распыления ионной бомбардировкой нанослоев диэлектрических бинарных соединений. Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения / Д.К. Никифоров, К.Г. Никифоров // INTERMATIC-2014 : материалы Международной научно-технической конференции, 1-5 декабря 2014 г., Москва / под ред. А.С. Сигова. - М. : МГТУ МИРЭА, 2014. - 192 с.

157. Ipekoglu, M. Silver substituted nanosized calcium deficient hydroxyapatite / M. Ipekoglu, S. Altintas // Materials Science and Technology. - 2010. - Т. 25. - № 5. -С. 295-301.

158. Surovell, T.A. Standardizing infra-red measures of bone mineral crystallinity: an experimental approach / T.A. Surovell, M.C. Stiner // Journal of Archaeological Science.

- 2001. - Т. 28. - № 6. - С. 633-642.

159. Thermally-induced structural modification of dental enamel apatite decomposition and transformation of carbonate groups / S.H.I. Jianmin [et al.] // European journal of mineralogy. - 2005. - Т. 17. - № 5. - С. 769-775.

160. Weiner, S. States of preservation of bones from prehistoric sites in the Near East: a survey / S. Weiner, O. Bar-Yosef // Journal of Archaeological Science. - 1990. - Т. 17.

- № 2. - С. 187-196.

161. Influence of bombardment by energetic atoms on c-axis orientation of zno films / K. Tominaga [et al.] // Japanese Journal of Applied Physics. - 1982. - Т. 21. - № 7R. -С. 999.

162. Formation of c-axis aligned polycrystal hydroxyapatite using high magnetic field with mechanical sample rotation / J. Akiyama [et al.] // Materials transactions. - 2005. -Т. 46. - № 2. - С. 203-206.

163. Bielawski, M. Residual stress control in TiN/Si coatings deposited by unbalanced magnetron sputtering / M. Bielawski // Surface and Coatings Technology. - 2006. - Т. 200. - № 12. - С. 3987-3995.

164. Carrado, A. Interface and in bulk residual stress analysis in biomedical systems by non-destructive techniques / A. Carrado, H. Palkowski // Surface and Coatings Technology. - 2014. - Т. 243. - С. 10-14.

165. Influence of the ion-atom flux ratio on the mechanical properties of chromium nitride thin films / J. Olaya, G. Wei, S. Rodil, S. Muhl, B. Bhushan // Vacuum. - 2007. -Т. 81. - С. 610-618.

166. Davis, C. A simple model for the formation of compressive stress in thin films by ion bombardment / C. Davis // Thin Solid Films. - 1993. - Т. 226. - С. 30-34.

167. An effective morphology control of hydroxyapatite crystals via hydrothermal synthesis / I.S. Neira, Y.V. Kolen'ko, O.I. Lebedev, G. Van Tendeloo, H.S. Gupta, F. Guitian, M. Yoshimura // Crystal Growth and Design. - 2008. - Т. 9. - С. 466-474.

168. Mechanical properties and anisotropy in hydroxyapatite single crystals / B. Viswanath, R. Raghavan, U. Ramamurty, N. Ravishankar // Scripta Materialia. - 2007.

- Т. 57. - С. 361-364.

169. Особенности структуры и физико-механических свойств наноструктурных тонких пленок / Д.В. Штанский [и др.] // Физика твердого тела. - 2003. - Т. 45. - № 6. - С. 1122-1129.

170. Барвинок, В.А. Физические основы и математическое моделирование процессов вакуумного ионно-плазменного напыления / В.А. Барвинок, В.И. Богданович. - М. : Машиностроение, 1999.

171. Karunasiri, R.P.U. Thin-film growth and the shadow instability / R.P.U. Karunasiri, R. Bruinsma, J. Rudnick // Physical Review Letters. - 1989. - Т. 62.

- № 7. - С. 788.

172. Yeom, G.Y. Cylindrical magnetron discharges. I. Current-voltage characteristics for dc-and rf-driven discharge sources / G.Y. Yeom, J.A. Thornton, M.J. Kushner // Journal of applied physics. - 1989. - Т. 65. - № 10. - С. 3816-3824.

173. Analysis of relevant plasma parameters for ZnO: Al film deposition based on data from reactive and non-reactive DC magnetron sputtering / D. Herrmann [et al.] // Surface and Coatings Technology. - 2003. - Т. 174. - С. 229-234.

174. Influence of negative ion resputtering on Al-doped ZnO thin films prepared by mid-frequency magnetron sputtering / Y.A. Cai, W. Liu, Q. He, Y. Zhang, T. Yu, Y. Sun // Applied Surface Science. - 2010. - Т. 256. - № 6. - С. 1694-1697.

175. Cebulla, R. Al-doped zinc oxide films deposited by simultaneous rf and dc excitation of a magnetron plasma: relationships between plasma parameters and structural and electrical film properties / R. Cebulla, R. Wendt, K. Ellmer // Journal of Applied Physics. - 1998. - Т. 83. - № 2. - С. 1087-1095.

176. Kester, D.J. Macro-effects of resputtering due to negative ion bombardment of growing thin films / D.J. Kester, R. Messier // Journal of materials research. - 1993. - Т. 8. - № 08. - С. 1928-1937.

177. Significance of negative ion formation in sputtering and SIMS analysis / J.J. Cuomo [et al.] // Journal of Vacuum Science & Technology. - 1978. - Т. 15. - № 2.

- С. 281-287.

178. Mahieu, S. Reactive sputter deposition of TiN layers: modelling the growth by characterization of particle fluxes towards the substrate / S. Mahieu, D. Depla // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2009. - Т. 42. - № 5. - С. 053002.

179. Development of preferred orientation in polycrystalline TiN layers grown by ultrahigh vacuum reactive magnetron sputtering / J.E. Greene [et al.] // Applied physics letters. - 1995. - T. 67. - № 20. - C. 2928-2930.

180. Kajikawa, Y. Texture development of non-epitaxial polycrystalline ZnO films / Y. Kajikawa // Journal of crystal growth. - 2006. - T. 289. - № 1. - C. 387-394.

181. Momentum transfer driven textural changes of CeO2 thin films / S. Van Steenberge, W. Leroy, A. Hubin, D. Depla // Applied Physics Letters. - 2014. - T. 105. - C. 111602.

182. Ivanova, A.A. Preparation of a silicate-containing hydroxyapatite-based coating by magnetron sputtering: structure and osteoblast-like MG63 cells in vitro study / M.A. Surmeneva, A. Kovtun, A. Peetsch, S. Goroja, A.A. Sharonova, V.F. Pichugin, I.Y. Grubova, A.A. Ivanova, A. Teresov, N.N. Koval // RSC Advances. - 2013. - T. 3. - C. 11240-11246.

183. Ivanova, A.A. Fabrication, ultra-structure characterization and in vitro studies of RF magnetron sputter deposited nano-hydroxyapatite thin films for biomedical applications / M.A. Surmeneva, R.A. Surmenev, Y.A. Nikonova, I.I. Selezneva, A.A. Ivanova, V.I. Putlyaev, O. Prymak, M. Epple // Applied Surface Science. - 2014. - T. 317. - C. 172-180.

184. Astala, R. First-principles study of hydroxyapatite surfaces and water adsorption / R. Astala, M. Stott // Physical Review B. - 2008. - T. 78. - C. 075427.

185. De Leeuw, N. Molecular dynamics simulations of the interaction of citric acid with the hydroxyapatite (0001) and (0110) surfaces in an aqueous environment / N. De Leeuw, J. Rabone // CrystEngComm. - 2007. - T. 9. - C. 1178-1186.

186. Filgueiras, M. Computer simulations of the adsorption of citric acid at hydroxyapatite surfaces / M. Filgueiras, D. Mkhonto, N. De Leeuw // Journal of crystal growth. - 2006. - T. 294. - C. 60-68.

187. Mittal, K.L. Adhesion Aspects of Thin Films / K.L. Mittal. - V. 1. - Vsp. - 2001.

188. Kay, M.I. Crystal structure of hydroxyapatite / M.I. Kay, R.A. Young, A.S. Posner. - 1964. - P. 1050-1052.

189. Mahan, J.E. A simplified collisional model of sputtering in the linear cascade regime / J.E. Mahan, A. Vantomme // Journal of Vacuum Science & Technology A. -1989. - T. 15. - № 4. - C. 1976-1989.

190. Ressler, K.G. Mechanism of Biaxial Alignment of Oxide Thin Films during Ion-Beam-Assisted Deposition / K.G. Ressler, N. Sonnenberg, M.J. Cima // Journal of the American Ceramic Society. - 1997. - T. 80. - № 10. - C. 2637-2648.