В ИФПМ СО РАН увеличили вдвое прочность сцепления с поверхностью микродуговых покрытий для магниевых имплантатов

Ученые Института физики прочности и материаловедения СО РАН нашли эффективный способ увеличить коррозионную стойкость и прочность адгезии биоактивных покрытий к поверхности для медицинских имплантатов на основе магниевых сплавов. С помощью микродугового оксидирования на изделие наносится покрытие с добавлением микрочастиц осадочной породы диатомита и диоксида циркония, которое затем подвергается воздействию низкоэнергетических сильноточных электронных пучков. Результаты исследования представлены в журнале Letters on Materials .

– Сплавы на основе магния относятся к последнему поколению биоматериалов. Их главное преимущество заключается в способности растворяться в организме, постепенно замещаясь костной тканью. Однако серьезным недостатком магниевых сплавов является высокая скорость их биодеградации. Дело в том, что срок приживления имплантата – от 2 до 6 месяцев, а магниевые сплавы растворяются быстрее, еще до того, как кость успеет сформироваться. Чтобы избежать этого, на поверхность медицинских изделий наносят защитные коррозионностойкие и биоактивные покрытия, – рассказывает Мария Седельникова, старший научный сотрудник лаборатории физики наноструктурных композитов ИФПМ СО РАН.

Модификация поверхностей имплантатов происходит с помощью микродугового оксидирования: металлическое изделие погружают в электролит, где под воздействием микродуговых разрядов на его поверхности формируется покрытие, в состав которого входит материал металлической подложки и вещества из электролита. Для оптимизации состава и микроструктуры получаемых покрытий томские ученые предложили добавлять в раствор электролита микрочастицы диоксида циркония и такого природного материала, как диатомит – кремнистой осадочной породы из остатков скелетов диатомовых водорослей с пористой структурой.

Покрытия, полученные таким способом, однако, обладают неравномерной пористостью и шероховатостью, что ухудшает механические и коррозионные свойства медицинских изделий. Чтобы решить эту проблему, материаловеды из ИФПМ СО РАН прибегнули к обработке покрытий низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками (LEHCEB): в результате кратковременного воздействия поверхностный слой материала нагревается и плавится, что позволяет изменить структуру и фазовый состав как самой основы, так и покрытий, улучшив их функциональные свойства – коррозионную стойкость и прочность сцепления с имплантатом.

В итоге, критическая нагрузка, которую могут выдержать биопокрытия на основе диатомита и диоксида циркония, возросла вдвое. Это стало возможным благодаря тому, что после электронно-пучковой обработки повысилась плотность покрытия, его поры приобрели особую сфероидальную форму, а на поверхности сформировался слой, обогащенный оксидом циркония.