Лаборатория физики наноструктурных биокомпозитов

Краткая историческая справка о подразделении

Лаборатория создана 14 января 2003 г. в составе 5-ти человек, включая 2-х кандидатов наук. Первое название лаборатории «Межведомственная лаборатория биосовместимых имплантатов и покрытий». В мае 2006 г. при реорганизации структуры Института в состав лаборатории вошла группа сотрудников лаборатории газотермических покрытий. В это же время лаборатория получила новое название «Лаборатория физики наноструктурных биокомпозитов».

Области исследований, направления фундаментальных исследований

1. Структура и свойства наноструктурированных и ультрамелкозернистых металлических материалов, в том числе биоинертных металлов: титан, цирконий, ниобий, и сплавов на их основе, методы интенсивной пластической деформации для получения объемных ультрамелкозернистых и наноструктурных металлических материалов.

2. Методы получения биопокрытий на основе кальций фосфатов: микродуговое (микроплазменное) оксидирование / плазменно-электролитическое оксидирование, высокочастотное магнетронное распыление, структура и свойства биопокрытий.

3. Структура и свойства биокомпозитов на основе наноструктурированных и ультрамелкозернистых сплавов на основе титана, циркония и ниобия, оксидных, кальций-фосфатных и силикатно-фосфатных биопокрытий для дентальной имплантологии, травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и др.

4. Разработка имплантатов различного медицинского применения.

5. Развитие методов аддитивных технологий, в том числе метода селективного лазерного сплавления, для получения сплавов с низким модулем упругости на основе системы «титан-ниобий».

6. Физика взаимодействия потоков заряженных частиц с металлами и сплавами.

7. Физика прочности и пластичности металлов, сплавов и сталей.

8. Неравновесные структурно-фазовые превращения в металлах и сплавах, инициированные в локальных областях металлов и сплавов при электроннолучевом и лазерном селективном сплавлении.

Задачи, решаемые в рамках этих направлений

1. Развитие метода интенсивной пластической деформации для создания биоинертных сплавов на основе титана, циркония и ниобия в ультрамелкозернистом состоянии с низким модулем упругости и высоким уровнем прочностных характеристик, обеспечивающих высокую биомеханическую совместимость системы «костная ткань-имплантат». Управление процессами интенсивной пластической деформации для обеспечения воспроизводимых структурных и физико-механических характеристик литых бинарных и мультикомпонентных биоинертных сплавов на основе титана, ниобия, циркония в ультрамелкозернистом и наноструктурированном состоянии.

2. Исследование закономерностей формирования микроструктуры и механических свойств, структурно-фазовых превращений биоинертных сплавов на основе титана, циркония и ниобия в результате интенсивной пластической деформации, исследование взаимосвязи между параметрами структурно-фазового состояния и механическими характеристиками.

3. Управление процессами ВЧ-магнетронного и микродугового нанесения биопокрытий-скаффолдов на поверхности биоинертных сплавов, обеспечивающими выраженную топографию поверхности в соответствии с концепцией «ниша - рельеф», несущими антибактериальные и остеотропные микроэлементы, лекарственные средства, клеточный материал.

4. Оптимизация выбора методов физического воздействия в процессе нанесения биопокрытий на сплавы с разным фазовым и элементным составом, топографией поверхности, обеспечивающих создание модифицированных поверхностно-заряженных ВЧ-магнетронных и микродуговых биопокрытий.

5. Идентификация и диагностика механических свойств наноструктурных биоинертных сплавов на основе выявления методами инфракрасной термографии и корреляции цифровых изображений температурных полей и полей перемещений.

6. Разработка имплантатов различного медицинского применения из биокомпозитов на основе наноструктурированных и ультрамелкозернистых сплавов, в том числе с низким модулем упругости, и кальцийфосфатных биопокрытий.

Состав подразделения

Общая численность 16 человек, в том числе:
докторов наук - 3,
кандидатов наук - 8,
молодых научных сотрудников (до 39 лет) - 6
аспирантов - 3.

Важнейшие научные результаты

1. Разработаны и исследованы биокомпозиты на основе титана и его сплавов в наноструктурированном и ультрамелкозернистом состояниях и кальцийфосфатных биопокрытий с гетерогенной структурой. Разработана технология микродугового оксидирования, позволяющая формировать кальцийфосфатные покрытия на подложках из биоинертных сплавов (Ti, Nb, Zr, Mg и др.) с широким спектром физико-химических свойств, различной степенью кристалличности, толщины, шероховатости и пористости. Исследовано влияние электрофизических параметров микродугового нанесения на свойства покрытий: толщину, размер сферолитов и пор и адгезионную прочность покрытий. Показано, что при увеличении длительности импульсов в анодном режиме происходит линейный рост параметров покрытий: толщины, размеров структурных элементов при неизменно высоком уровне адгезионной прочности. В то же время, уменьшение длительности и частоты следования импульсов и добавление катодного тока вызывает снижение адгезионной прочности, что связано с увеличением общей пористости покрытий. Предложена феноменологическая модель формирования кальцийфосфатного покрытия в микродуговых разрядах на поверхности титана и циркония, легированного ниобием, позволяющая объяснить причину различного структурно-фазового состояния и физико-механических свойств покрытий, формируемых на различных подложках. Показано, что покрытия на поверхности титана находятся в рентгеноаморфном состоянии и имеют более высокую адгезионую прочность к подложке по сравнению с нанокристаллическими покрытиями на поверхности циркония, содержащими CaZr₄(PO₄)₆, β-Ca₂P₂O₇, ZrP₂O₇, ZrO₂, вследствие разного фазового состава (наличие частиц β-Nb в сплаве цирконии) и электрофизических характеристик металлических подложек, а также пассивирующих оксидных пленок на их поверхности (TiO₂, ZrO₂ и Nb₂O₅).

2. Разработан ряд составов электролитов для создания методом микродугового оксидирования новых видов гидрофильных антибактериальных кальцийфосфатных биопокрытий, модифицированных элементами Zn, Cu, La, Si и Ag, а также композитных волластонит-кальцийфосфатных покрытий на титане и титан-ниобиевом сплаве (Ti-40Nb) в ультрамелкозернистом состоянии. Встраивание в состав биопокрытий ионов Zn²⁺, Cu²⁺, La³⁺ и SiО₄^4- приводит к формированию в покрытиях нанокристаллических фаз β-Ca₂P₂O₇, CaHPO₄, TiO₂ (анатаз) и Nb₂O₅ с размерами кристаллитов 5-80 нм. Ag-содержащие покрытия на титане и сплаве Ti-40Nb имеют субмикрокристаллическую микроструктуру с размером кристаллитов до 200 нм и содержат кристаллические фазы: гидроксиапатит, α-Ca₃(PO₄)₂, β-Ca₃(PO₄)₂, TiO₂ (анатаз и рутил), Nb₂O₅. Установлен интервал импульсных напряжений 150-250 В, обеспечивающий формирование на поверхности титана и Ti-40Nb сплава Zn-, Cu-, La-, Si- и волластонит-содержащих кальцийфосфатных покрытий с оптимальным комплексом свойств: толщиной 25-55 мкм, шероховатостью 2-5 мкм, пористостью 15-25 %, и адгезионной прочностью - 20 ± 4 МПа.

3. Модификация поверхности биопокрытий на основе фосфатов кальция положительно-заряженными наночастицами бемита AlO(OH) способствует повышению гидрофильных свойств покрытий, увеличению поверхностной энергии до 110 мН/м и дзета-потенциала до -23±3 мВ. Наличие на поверхности биопокрытий областей с положительно заряженными частицами бемита позволяет изменять дзета-потенциал поверхности покрытий и избирательно варьировать их адгезивные свойства по отношению к клеткам, протеинам и бактериям.

4. Исследованы микродуговые защитные кальцийфосфатные покрытия, осажденные на биорезорбируемом магниевом сплаве при варьировании импульсного напряжения микродугового оксидирования в диапазоне 350-500 В. Полифазный состав покрытий, включающий β-Ca₃(PO₄)₂, α-Ca₃(PO₄)₂, гидроксиапатит и MgO, обеспечивает снижение в 10 раз скорости биорезорбции магниевого сплава и стимулирует процессы остеоинтеграции.

5. Показано, что кальцийфосфатные покрытия (рентгеноаморфные, нанокристаллические на основе нестехиометрических фосфатов кальция, β-трикальцийфосфата и/ или гидроксиапатита), полученные микродуговым методом на биоинертных сплавах титана, циркония и ниобия, являются биосовместимыми, способствуют остеоинтеграции с костной тканью и могут быть использованы в качестве биопокрытий на имплантатах различного назначения. Шероховатость поверхности является определяющим фактором для биоинженерии костной ткани по сравнению с фазовым составом, кристалличностью, пористостью, размером пор и соотношением Са/P. Экспериментально установленный оптимальный диапазон шероховатости кальцийфосфатных покрытий, равный по Ra 2-3 мкм, способствует остеогенной дифференцировке мезенхимальных мультипотентных стромальных стволовых клеток человека размером 20-50 мкм in vitro и акселерации костной ткани в тесте эктопического костеобразования in vivo.

6. Модификация поверхности титановых имплантатов покрытием на основе гидроксиапатита, нанесенным методом ВЧ магнетронного распыления, способствует значительному увеличению электрического потенциала поверхности. Более высокий потенциал поверхности ускоряет процесс адгезии протеинов к поверхности имплантата. Это в свою очередь индуцирует повышенную адгезию остеобластов к поверхности.

7. Теоретически исследована динамика процесса разложения частицы в электрическом поле с учетом тепло- и массообмена между частицей и окружающей ее жидкой фазой. На распределение температуры и концентрации в частице и в окружающей ее жидкости оказывают влияние мощность источника тепла, связанного с действием электрического поля, коэффициент сжимаемости, константа скорости реакции и доля частиц природного фосфата. Обнаружено, что тангенциальные напряжения в частице меняют знак, что может быть причиной разрушения частиц в условиях микродугового оксидирования.

8. Численно исследована модель роста кальцийфосфатного покрытия с учетом неидеальности контакта. Показано, что увеличение шероховатости подложки приводит к увеличению концентрации кальция, фосфата и пирофосфата кальция и уменьшению остальных концентраций в окрестности границы раздела. Выявлено, что разрыв в концентрациях на границе раздела фаз приводит к увеличению одних концентраций (оксид титана и пирофосфат титана) и уменьшению других (кальций, фосфат и пирофосфата кальция).

9. Сформулирована и исследована модель роста кальцийфосфатного покрытия на подложке из циркония с учетом сформированного оксидного подслоя. Увеличение константы скорости реакции приводит к увеличению веществ, образующихся в покрытии. Варьирование доли частиц в электролите сказывается лишь на фосфате и кальций-цирконий фосфате, а также на напряжениях в окрестности оксидного слоя. В покрытии напряжения из сжимающих переходят в растягивающие, в окрестности границы оксидный слой/покрытие напряжения увеличиваются по модулю при увеличении констант скоростей реакций и доли частиц гидроксиапатита или уменьшении напряжения процесса и коэффициента диффузии в покрытии. Напряжения в окрестности границы раздела подложка/оксидный слой больше при наличии оксидного слоя, чем без него.

10. Коллективом авторов сотрудников лаборатории был предложен способ формирования покрытий на имплантатах из биоинертных материалов, который заключается в распылении мишени, содержащей гидроксиапатит Са₁₀(PO₄)₆(ОН)₂ в плазме высокочастотного (ВЧ) разряда [Патент РФ 2476243]. Данный способ позволил получать кальцийфосфатные биопокрытия с высокими физико-механическими свойствами как на поверхности титана и его сплавов, а также на образцах керамики. Установка ВЧ магнетронного распыления представляет собой автоматизированный комплекс вакуумного ионно-плазменного оборудования с программируемыми режимами работы. Конструкция установки обеспечивает следующие режимы обработки: осаждение покрытий и ионную очистку поверхности образцов. Система напуска рабочего газа содержит два канала (аргон и кислород).

11. В период 2013-2017 гг. коллектив Лаборатории входил в международный консорциум по 7-й Рамочной Европейской программе, конкурс FP7-PEOPLE-2013-IRSES, проект № 612691 "Международное сообщество по новым стратегиям получения фосфатов кальция". В ходе работы над проектом были синтезированы мишени из бифазной керамики на основе гомогенных смесей порошков трикальцийфосфата и гидроксиапатита различных концентраций. По результатам проекта экспериментально установлена взаимосвязь размера структурных элементов покрытия от типа распыляемой мишени и найден механизм, с помощью которого возможно управлять размером структурных элементов покрытия. Установлены фундаментальные зависимости влияния внешних физических условий (таких как принудительный нагрев и потенциал смещения), а также состава мишеней на формирование тонкопленочных кальцийфосфатных покрытий.

12. Выполнен комплексный цикл работ, посвященный формированию антибактериальных покрытий на основе цинк-замещенного гидроксиапатита (Zn-ГАП). Так антибактериальные ВЧ магнетронные покрытия в аморфном, аморфно-кристаллическом и кристаллическом состоянии были сформированы на ультрамелкозернистом титане марки ВТ1-0 и на титане в состоянии поставки. Были проведены исследования структуры покрытий и их биологические свойства. Было показано, что для формирования кристаллического Zn-ГАП покрытия целесообразным считается использование ультрамелкозернистого титана. Для управления степенью кристалличности также возможно использовать принудительный нагрев образцов в процессе ВЧ магнетронного осаждения. Биологические тесты таких покрытий показали отсутствие токсического эффекта и наличие бактериостатических свойств.

13. Разработан процесс изготовления кальцийфосфатных мишеней заданной формы для ВЧ магнетронного напыления. Имеется опыт работы по синтезу твердых керамических мишеней из порошков кальцийфосфатов различного состава. На сегодняшний день магнетронная система распыления оснащена сменными мишенями различных составов: 100% ГАП, 100% ТКФ, 50% ГАП/50% ТКФ, Ag-ГАП, Zn-ГАП, Cu-ГАП. В настоящее время отработаны режимы формирования кальцийфосфатных покрытий с заданными свойствами.

14. Метод ВЧ магнетронного распыления применен для нанесения кальцийфосфатных биопокрытий на поверхности керамики и биоинертных сплавов титана, циркония и низкомодульного сплава системы титан-ниобий. Исследованы структура, состав, механические и биологические свойства покрытий. Показано, что покрытия обеспечивают значительное повышение остеоинтеграционных свойств имплантатов из керамики и биоинертных металлов и сплавов.

15. В настоящее время активно ведутся исследования в области зарядового состояния тонких ВЧ магнетронных покрытий. Модификация поверхности титановых имплантатов покрытием на основе гидроксиапатита, нанесенным методом ВЧ-магнетронного распыления, способствует значительному увеличению электрического потенциала поверхности. Более высокий потенциал поверхности ускоряет процесс адгезии протеинов к поверхности имплантата. Что в свою очередь индуцирует повышенную адгезию остеобластов к поверхности.

16. Предложен комбинированный метод получения заготовок в виде прутков наноструктурированного и ультрамелкозернистого титана ВТ1-0 и ультрамелкозернистых бинарных сплавов на основе титана, циркония и ниобия- Ti-(40-45) мас. % Nb и Zr-1 мас. % Nb с однородной структурой по объему заготовки, включающий многократное одноосное прессование в пресс форме со сменой оси деформации и многоходовую прокатку при комнатной температуре с последующим дорекристаллизационным отжигом. Заготовки из наноструктурированного и ультрамелкозернистого титана рекомендованы к использованию в медицинской практике для изготовления имплантатов, в том числе, дентальных имплантатов. Титан ВТ1-0 в наноструктурированном и ультрамелкозернистом состояниях обладает высокими остеоинтеграционными свойствами.

17. Методами интенсивной пластической деформации получено и исследовано ультрамелкозернистое состояние (средний размер элементов зеренной-субзеренной структуры 0,25 мкм) в низкомодульном биоинертном сплаве Ti - 40 мас. % Nb. Ультрамелкозернистое состояние обеспечивает значительное повышение механических свойств при сохранении низкого модуля упругости, сопоставимого со значением для костной ткани.

18. Установлено, что пластическая деформация биоинертных титана и циркония в ультрамелкозернистом высокопрочном состоянии протекает локализовано на макроскопическом уровне и имеет автоволновую природу. Общим является, что коллапс автоволны локализованной деформации (стадия предразрушения) развиваются в основном после потери глобальной устойчивости пластического течения. Разрушение образцов обоих материалов развивается вязким образом. Место разрушения определяется положением неподвижного высокоамплитудного очага локализации, в котором происходит коллапс автоволны локализованной макродеформации. В зоне разрушения ультрамелкозернистая структура материалов не претерпевает существенных изменений. Полученные ультрамелкозернистые титан ВТ1-0 и циркониевый сплав Э110 обладают высокой конструктивной прочностью, механической и термической стабильностью, а потому перспективны как материалы для изготовления медицинских имплантатов.

19. Показано, что пластическая деформация металлов и сплавов из крупнокристаллического в ультрамелкозернистое / наноструктурированное состояние изменяет деформационное поведение материала при механическом нагружении. Поиск неразрушающих экспрессных методов механической оценки долговечности и надежности изделий весьма актуален. Проведены исследования механического поведения образцов титана марки ВТ1-0 в крупнокристаллическом и ультрамелкозернистом состояниях в процессе их одноосного растяжения при скоростях деформации 0,01 и 0,1 с^-1 с одновременной регистрацией их температурных полей методом ИК термографии. В рассмотренных условиях нагружения приращение температуры в очаге разрушения образцов ультрамелкозернистого ВТ1-0 ниже в среднем на 4,37°C, чем для образцов в крупнокристаллическом состоянии, что свидетельствует о способности титана в ультрамелкозернистом состоянии более эффективно задействовать структурный канал поглощения энергии при его деформировании, вовлекая в этот процесс весь деформируемый объем.

20. Теоретически на основе математической модели диффузионного взаимодействия исследовано растворение кальцийфосфатного покрытия при взаимодействии с биологической жидкостью. Сформулирована и численно исследована модель растворения отдельного сферолита как подмодель в модели растворения фосфата в физиологическом растворе. Проведена оценка времени достижения критических напряжений, приводящих к разрушению сферолита. Показано, что скорость растворения сферолита, возможное время его разрушения зависят от близости к поверхности и углу образца, а также от коэффициента диффузии и коэффициента концентрационного расширения.

21. Показано, что ультразвуковая обработка является высокоэффективным способом модифицирования поверхности. Изменение физико-химических и механических свойств поверхности материала происходит за счет изменения фазового состава, повышения концентрации дефектов кристаллического строения, формирования субмикрокристаллической (вплоть до наноразмерной) структуры и сжимающих внутренних напряжений. Ультразвуковая поверхностная обработка обеспечивает интенсификацию процесса диффузионного насыщения поверхности материала, увеличивает глубину получаемого градиентного слоя, меняет соотношение фаз, что приводит к повышению износостойкости получаемого изделия. При нанесении газотермических покрытий на поверхность, обработанную ультразвуком, формирование волнистого субмикрорельефа и модифицированной структуры поверхностного слоя обеспечивает равномерное воздействие импульсного и напорного давления жидких капель напыляемого материала на основу и способствует образованию надежной адгезионной связи.

22. Теоретически исследованы базовые модели течения неидеальных биологической жидкости в плоском и цилиндрическом слоях с учетом концентрационного расширения, сжимаемости и бародиффузии. Выявлено, что влияние параметров модели различно в случае конвективного и диффузионного режимов течения. Установлено, что учет взаимосвязи явлений различной физической природы может играть основную роль в изменении характера течения. Распределение скорости и концентрации для разных толщин стенки цилиндра различается, что связано c изменением соотношения характерных масштабов диффузии и конвекции. Влияние параметров модели на распределение скорости и концентрации при малой толщине слоя цилиндра качественно аналогично плоскому слою. Наибольшее влияние эффект бародиффузии оказывает в конвективном режиме и при малой толщине стенки цилиндра. В диффузионном режиме бародиффузия практически не оказывает влияния и ее можно не учитывать.

23. Показано, что кальцийфосфатные покрытия (рентгеноаморфные, нанокристаллические на основе легированных и нестехиометрических фосфатов кальция, β-ТКФ и ГА), полученные микродуговым методом на биоинертных сплавах титана, циркония и ниобия, являются биосовместимыми, способствуют остеоинтеграции с костной тканью и могут быть использованы в качестве биопокрытий на имплантатах различного назначения.

24. Показано, что введение в микродуговое электретное пористое кальцийфосфатное покрытие, сформированное на титановой подложке, заряженных наночастиц оксигидроксида алюминия и оксида цинка, изменяет зарядовое состояние поверхности путем компенсации отрицательного заряда исходных покрытий и повышает дзета-потенциал покрытий. Модификация поверхности кальцийфосфатных покрытий и внутреннего порового пространства положительно-заряженными наночастицами AlO(OH) и ZnO активизирует адгезию клеток к покрытиям и антибактериальные свойства биопокрытий.

Разработки

1. Разработаны современные конструкции дентальных внутрикостных винтовых имплантатов с инструментами и принадлежностями из наноструктурного и субмикрокристаллического титана ВТ1‑0 с резорбируемым кальций-фосфатным покрытием. Наноструктурный титан ВТ1‑0 обладает механическими характеристиками, сопоставимыми со свойствами легированных титановых сплавов, применяемых в медицине, имеет преимущество перед легированными сплавами, поскольку не содержит вредных для живого организма легирующих элементов, таких как алюминий, ванадий, молибден. Разработаны Технические условия «Комплект дентальных имплантатов из титана с инструментами и принадлежностями», ТУ 942422.001-10, Комплект конструкторской и технологической документации, утверждены протоколы технических, морфологических, токсикологических, медицинских клинических испытаний Комплекта дентальных имплантатов из наноструктурированного титана. Получено Регистрационное удостоверение Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения и социального развития №ФСР 2011/10619 от 25.04.2011 года, срок действия которого не ограничен. Удостоверение подтверждает, что изделие медицинского назначения «Комплект дентальных имплантатов из титана с инструментами и принадлежностями» по ТУ 942422.001-10 разрешено к производству, продаже и применению на территории Российской Федерации.

2. Установки для нанесения оксидных и кальцийфосфатных биопокрытий на поверхности вентильных металлов и сплавов методом микродугового оксидирования MicroArc - 3.0.

3. Установка для нанесения тонких кальцийфосфатных биопокрытий на поверхности любых материалов методов высокочастотного магнетронного распыления Яхонт - 2М.

4. Комплекс для ультразвуковой финишной обработки бандажей колесных пар локомотивов.

5. Комплект для ультразвуковой ударной обработки сварных швов.

6. Установка селективного лазерного сплавления ВАРИСКАФ-100 МВС (ЛФНБ, ИФПМ СО РАН, Юргинский технологический институт (филиал) ТПУ).

7. Разработан программно-аппаратный комплекс для ранней диагностики злокачественных опухолей и методики для анализа эффективности действия противоопухолевых препаратов методами лазерной интерференционной микроскопии и инфракрасной термографии (ЛФНБ, ЛМСПФ, ИФПМ СО РАН, ПФИЦ УрО РАН).

8. Разработаны антибактериальные покрытия для имплантатов из титановых и магниевых сплавов (ЛФНБ, ИФПМ СО РАН, ООО НПК «СИНТЕЛ»). Разработка применена в ООО НПК «СИНТЕЛ».

Проекты, гранты, договора

Важнейшие публикации

Список патентов

1. Патент РФ на изобретение №2291918. Шашкина Г.А., Шаркеев Ю.П., Колобов Ю.Р., Карлов А.В. Кальцийфосфатное покрытие на титане и титановых сплавах и способ его нанесения, опубл. 20.01.2006. Бюл. №2

2. Патент РФ на изобретение №20051262294. Братчиков А.Д., Шаркеев Ю.П., Колобов Ю.Р., Ерошенко А.Ю., Калашников М.П., Способ деформационной обработки материалов и устройство для его осуществления, опубл. 27.02.2007.

3. Патент РФ на изобретение № 2315117. Братчиков А.Д., Шаркеев Ю.П., Колобов Ю. Р., Ерошенко А. Ю., Калашников М.П. Способ деформационной обработки материалов и устройство для его осуществления, опубл. 20.01.2008. Бюл. №2.

4. Патент РФ на полезную модель №71537. Шаркеев Ю.П., Белявская О.А., Поленичкин В.К., Хлусов И.А., Фортуна С.В., Луконин С.Е. Дентальный имплантат (варианты), опубл. 20.03.2008. Бюл. №8.

5. Патент Республики Беларусь № 11777. Кукареко В.А., Белый А.В., Копылов В.И., Кононов А.Г., Шаркеев Ю. П., Эйсмонт О. Л. Способ обработки биосовместимого материала из титана или циркония, используемого для медицинского имплантата, опубл. 19.01.2009.

6. Патент РФ на изобретение № 2008110431. Шаркеев Ю.П., Коробицын Г.П., Ерошенко А.Ю., Толмачев А.И., Братчиков А.Д. Способ получения наноструктурного объемного материала и устройство для его осуществления, опубл. 27.09.2009. Бюл. 27.

7. Патент РФ на изобретение №2376955. Шаркеев Ю.П., Белявская О.А., Поленичкин В.К., Климентенко О.П., Фортуна С.В., Поленичкин С.В. Дентальный внутрикостный имплантат, опубл. 27.12.2009. Бюл. №36.

8. Патент РФ на изобретение №2383632. Шаркеев Ю.П., Коробицын Г.П., Ерошенко А.Ю. Толмачев А.И., Братчиков А.Д. Способ получения заготовок шестигранной формы с нанокристаллической структурой и устройство для его осуществления, опубл. 10.03.2010. Бюл. № 7.

9. Патент РФ на изобретение № 2384373. Коломеец Н.П., Лбов А.А., Шаркеев Ю.П., Белявская О.А., Каминский П.П., Толмачев А.И., Найденкин Е.В., Раточка И.В., Винокуров В.А. Ультразвуковая колебательная система, опубл. 20.03.2010. Бюл. № 8.

10. Патент РФ на изобретение № 2385740. Легостаева Е.В., Шаркеев Ю.П., Толкачева Т.В., Толмачев А.И., Уваркин П.В. Биоактивное покрытие на имплантате из титана и способ его получения, опубл. 10.04.2010. Бюл. № 10.

11. Патент РФ на изобретение №2418092. Шаркеев Ю.П., Коробицын Г.П., Толмачев А.И., Ерошенко А.Ю., Белявская О.А. Способ получения титановых заготовок многогранной и круглой формы в наноструктурном состоянии и устройство для деформационной обработки титановых заготовок, опубл. 10.05.2011. Бюл. № 13.

12. Патент РФ на изобретение №2436847. Шаркеев Ю.П., Глухов И.А., Ерошенко А.Ю., Коробицын Г.П., Толмачев А.И. Способ деформирования для получения заготовок в субмикрокристаллическом и наноструктурированном состоянии и устройство его осуществления, опубл. 20.12.2011. Бюл. № 35.

13. Патент РФ на изобретение №2441621. Шаркеев Ю.П., Поленичкин В.К., Белявская О.А., Поленичкин А.В., Шешуков С.И. Дентальный внутрикостный имплантат и абатмент для него, опубл. 10.02.2012. Бюл. № 4.

14. Патент РФ на изобретение №2476243. Глушко Ю.А., Куляшова К.С., Шаркеев Ю.П., Способ получения кальцийфосфатного покрытия на имплантате из биоинертного материала (варианты), опубл. 27.02.2013. Бюл. №6

15. Патент РФ на изобретение №134793. Кульков С.Н., Шаркеев Ю.П., Руденский Г.Е., Пористый керамический имплантат для протезирования мелких подвижных суставов, опубл. 27.11.2013. Бюл. № 33.

16. Патент РФ на изобретение №2617572. Шаркеев Ю.П., Сапрыкин А.А., Ковалевская Ж.Г., Ибрагимов Е.А., Бабакова Е.В., Химич М.А., Яковлев В.И., Способ получения композитного титан-ниобиевого порошка для аддитивных технологий, опубл. 25.04.2017, Бюл. №12. - 3 с.

17. Патент РФ на изобретение №2612480. Шаркеев Ю.П., Сапрыкин А.А., Ибрагимов Е.А., Бабакова Е.В., Ерошенко А.Ю., Ковалевская Ж.Г., Химич М.А., Способ получения низкомодульных сплавов на основе системы титан-ниобий селективным лазерным сплавлением, опубл. 25.04.2017, Бюл. №7. - 5 с.

18. Патент РФ на изобретение №2623959. Шаркеев Ю.П., Голковский М.Г., Батаев В.А., Ерошенко А.Ю., Глухов И.А., Толмачев А.И., Ковалевская Ж.Г., Способ получения сплава из порошков металлов с разницей температур плавления, опубл. 29.06.2017, Бюл. №19. - 4 с.

19. Патент РФ на изобретение №2693468. Шаркеев Ю.П., Седельникова М.Б., Комарова Е.Г., Чебодаева В.В., Толкачева Т.В., Бакина О.В., Способ получения модифицированного биопокрытия на имплантате из титана (варианты) / Опубл. 25.03.2019. Бюл. № 19. - 4 с.

20. Патент РФ на изобретение №2715055. Просолов К.А., Шаркеев Ю.П., Ластовка В.В, Болат-оол А.А., Уваркин П.В., Химич М.А., Белявская О.А., Способ получения кальцийфосфатного покрытия на образце / Опубл. 25.02.2020. Бюл. № 6. - 12 с.

21. Патент РФ на изобретение №2745726. Митриченко Д.В., Просолов А.Б., Комков А.Р., Хлусов И.А., Анисеня И.И., Ластовка В.В., Просолов К.А., Белявская О.А., Шаркеев Ю.П. Способ получения антибактериального кальцийфосфатного покрытия на ортопедическом имплантате, имеющем форму тела вращения, и оснастка для его осуществления (варианты). / патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Научно-производственная компания «СИНТЕЛ» (RU). - №2020117762; заявл. 29.05.2020; Опуб. 31.03.2021, Бюл. №10. - 16с.

Ресурсы

1. Прессы на 1200, 1600, 2500 и 6000 кН, прокатные станы с плоскими и ручьевыми валками, вальцы для получения металлических материалов в ультрамелкозернистом, субмикрокристаллическом и наноструктурном состояниях с высокими служебными свойствами.

2. Две установки микродугового оксидирования «Microarc-3.0» для нанесения оксидных и кальций-фосфатных покрытий на вентильные металлы и сплавы.

3. Вакуумная установка для нанесения тонких кальцийфосфатных биопокрытий методом ВЧ магнетронного распыления «Яхонт-2М».

4. Металлографический микроскоп Altami МЕТ 1С.

5. Микротвердомер ПМТ-3М.

6. Профилометр-296.

7. Установка селективного лазерного сплавления «ВАРИСКАФ-100 МВС»

8. Оборудование ЦКП «Нанотех» ИФПМ СО РАН и НОЦ ТГУ (микротвердомер Duramin-5, твердомер Duramin-500 A75, растровый электронный микроскоп Philips SEM 515, система с электронным и сфокусированным ионным пучком Quanta 200 3D, спектрометр рентгенофлуоресцентный волнодисперсионный последовательного действия XRF-1800, рентгеновский дифрактометр ДРОН-7, рентгеновский дифрактометр Shimadzu XRD 6000, лазерный микроскоп МИМ-340, трибометр "Pin-on-Disc Tribotester", отрезной станок Secotom-10, шлифовально-полировальный станок TetgraPol-15+TegraForce-1+TegraDoser-5, стан радиальной прокатки ВЭМ-3СМ и др.).

Связь с вузами

Шаркеев Ю.П. - Исследовательская школа физики высокоэнергетических процессов, ТПУ, профессор.

Лугинин Н.А. - аспирант ТПУ.

Казанцева Е.А. - аспирант ТГУ

Химич М.А. - доцент кафедры Механики деформируемого твердого тела Физико-технического факультета ТГУ; инженер Томского материаловедческого центра коллективного пользования ТГУ

Общественное признание

Шаркеев Ю. П.

1. Премия имени академика В.А. Коптюга (СО РАН-НАНБ, 2002 г.).
2. Лауреат Премии Томской области в сфере образования, науки, здравоохранения и культуры по номинации «Премии научным и научно-педагогическим работникам, внесшим значительный личный вклад в развитие науки и образования» в 2007 г.
3. Благодарственное письмо Совета ректоров ВУЗов Томской области (2017 г.).
4. Юбилейный знак «75 лет Томской области, (2019).
5. Почетная грамота ректора НИ ТПУ (2020).
6. Почетная грамота Администрации Томской области (2021 г.).

Комарова Е.Г.

Стипендиат DAAD по программе Леонарда Эйлера Немецкой службы академических обменов (DAAD-202)

Лауреат Премии Законодательной Думы Томской области для молодых ученых и юных дарований в номинации «Технические науки» (2016 г.).

Почетная грамота Президиума Сибирского отделения РАН (2019 г.).

Чебодаева В.В.

Стипендиат DAAD по программе Леонарда Эйлера Немецкой службы академических обменов (DAAD - 2015)

Лауреат Премии Томской области в сфере образования, науки, здравоохранения и культуры за достижения в области науки, 2020 г.

Просолов К.А.

Стипендиат DAAD по программе Леонарда Эйлера Немецкой службы академических обменов (DAAD-2017)

Стипендиат Президента Правительства РФ для обучающихся за рубежом на 2018-2019 учебный год

Стипендиат Правительства Италии на проведение исследований в итальянских институтах и научных центрах в 2018-2019 учебном году.

Химич М.А.

Стипендиат DAAD по программе Леонарда Эйлера Немецкой службы академических обменов (DAAD-2014)

Коллектив лаборатории - Лауреат Премии Томской области в сфере образования, науки, здравоохранения и культуры по номинации «Премии научным и научно-педагогическим коллективам» в 2010 г.

Защита диссертаций

1. Легостаева Елена Викторовна, кандидат физико-математических наук. Диссертация «Закономерности формирования градиентных микро- и мезоструктур при трении и их роль в изнашивании ионно-имплантированных сталей», 01.04.07, 2003 г., научный руководитель Шаркеев Ю.П.

2. Шашкина Галина Алексеевна, кандидат технических наук. Диссертация «Получение кальций-фосфатного покрытия микродуговым методом. Структура и свойства биокомпозита на основе титана с кальций-фосфатным покрытием», 05.17.11; 01.04.07, 2006 г., научный руководитель Шаркеев Ю.П.

3. Фортуна Сергей Валерьевич, кандидат технических наук. Диссертация «Микроструктура покрытий на основе нитрида титана, полученных вакуумными методами», 01.04.07, 2006, научный руководитель, Шаркеев Ю.П.

4. Ерошенко Анна Юрьевна, кандидат технических наук. Диссертация «Усовершенствование метода интенсивной пластической деформации для получения высокопрочных заготовок титана ВТ1-0 в субмикрокристаллическом и наноструктурном состояниях для медицинского применения», 05.16.01, 2010 г., научный руководитель Шаркеев Ю.П.

5. Божко Ирина Александровна, кандидат физико-математических наук. Диссертация «Закономерности формирования ультрадисперсных интерметаллидных фаз в поверхностных слоях никеля и титана при высокоинтенсивной ионной имплантации», 01.04.07, 2008 г, научный руководитель Шаркеев Ю.П.

6. Куляшова Ксения Сергеевна, кандидат технических наук. Диссертация «Закономерности формирования микродуговых кальцийфосфатных биопокрытий на поверхности циркония и их свойства», 01.04.07, 2011 г., научный руководитель Шаркеев Ю.П.

7. Легостаева Елена Викторовна, доктор технических наук. Диссертация «Закономерности формирования структуры и свойств кальцийфосфатных покрытий на поверхности биоинертных сплавов титана и циркония», 01.04.07, 2014 г., научный консультант Шаркеев Ю.П.

8. Комарова Екатерина Геннадьевна, кандидат технических наук. Диссертация «Закономерности формирования структуры и свойств микродуговых покрытий на основе замещенных гидроксиапатитов на сплавах титана и ниобия», 01.04.07, 2017 г., научный руководитель Шаркеев Ю.П.

9. Химич Маргарита Андреевна, кандидат технических наук. Диссертация «Физические основы формирования структуры и фазового состава сплава Ti-(40-45) мас. % методом селективного лазерного сплавления», 01.04.07, 2020 г., научный руководитель Шаркеев Ю.П.

10. Чебодаева Валентина Вадимовна, кандидат технических наук. Диссертация «Модификация структуры и зарядового состояния микродуговых кальцийфосфатных покрытий введением наночастиц AlO(OH) и ZnO для улучшения функциональных свойств», 01.04.07, 2021 г., научный руководитель Шаркеев Ю.П.

11. Просолов Константин Александрович, кандидата физико-математических наук. Диссертация «Физические факторы формирования биоактивных и антибактериальных кальцийфосфатных покрытий методом высокочастотного магнетронного распыления», 1.3.8. (01.04.07), 2021 г., научный руководитель Шаркеев Ю.П.