В ИСЭ СО РАН создали комплексную технологию получения безопасных медицинских имплантатов
Коллектив ученых из Института сильноточной электроники СО РАН в кооперации с исследователями из Ставропольского государственного медицинского университета создал комплексную технологию получения высококачественных функциональных оксидных покрытий для медицинских имплантатов с использованием метода вакуумно-дугового плазменно-ассистированного напыления. Его применение позволяет получать биосовместимые покрытия для разных типов тканей организма с нанокристаллической структурой, высокой адгезией покрытия к подложке и заданными физико-химическими свойствами. Проект осуществляется при поддержке РНФ (проект № 24-69-00074).
– Суть вакуумно-дугового плазменно-ассистированного напыления заключается в следующем: покрытие формируется под воздействием активных частиц кислорода и инертного газа, что обеспечивает высокую плотность, биосовместимость материала и его долговечность. При традиционном вакуумно-дуговом методе напыления образующиеся на поверхности имплантата оксиды титана могут получаться рыхлыми из-за недостаточной активности кислорода или неравномерного распределения частиц. А ведь именно они играют роль барьера, защищающего организм человека от ванадия – вредного компонента, содержащегося в изделиях из сплава ВТ-6! Новое покрытие, полученное с помощью вакуумно-дугового плазменно-ассистированного напыления, надежно выполняет свои функции и служит долго даже в костной ткани или хряще, – отметил руководитель проекта доктор технических наук Николай Коваль, главный научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН.
Процесс нанесения покрытий целиком реализуется внутри вакуумной камеры многофункциональной установки «КВИНТА», созданной в ИСЭ СО РАН. В течение одного производственного цикла длительностью 2-3 часа выполняются все требуемые операции и нет необходимости извлекать изделия и перемещать их куда-либо еще. Как пояснил младший научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники Никита Прокопенко, ученые при решающем участии научного сотрудника и конструктора Владимира Шугурова разработали генератор кислородной плазмы с холодным катодом и применили его вместо обычного термокатода, что позволило увеличить ресурс оборудования до многочасовых циклов напыления без перегрева и разрушения ответственных узлов установки. Кроме этого, кислород поступает в камеру уже в ионизированном состоянии: это обеспечивает формирование плотных оксидных покрытий при низком давлении газа, что ранее было невозможно.
Процедура нанесения оксидных покрытий включает в себя несколько этапов. Сначала идет предварительная подготовка и очистка заготовок, затем вся большая партия (от 800 до 1000 штук) отправляется в вакуумную камеру, где они подвергаются бомбардировке ионами газа для удаления остаточных загрязнений, активации поверхности металла и улучшения адгезии будущего покрытия к подложке. После этого на подготовленную поверхность наносится тонкий слой чистого титана: это также необходимо для обеспечения прочного сцепления между металлом-подложкой и функциональным покрытием (оксидом). Далее с помощью вакуумно-дугового плазменно-ассистированного напыления формируется функциональный слой оксида титана. После остывания внутри вакуумной камеры без доступа воздуха, чтобы предотвратить нежелательное дополнительное окисление поверхности, будущие имплантаты извлекаются и направляются для дальнейших исследований. Коллегами из Ставрополя проводились медицинские испытания, а параллельно с ними силами лаборатории проводилось изучение структуры и свойств покрытий, различные трибологические испытания.
– Совместная работа с ИСЭ СО РАН важна тем, что получен новый вид покрытия для имплантатов. Результаты проведенных с нашей стороны исследований на клеточных культурах, куриных эмбрионах, крысах можно оценить положительно. Мы видим перспективы выведения на рынок отечественных имплантационных систем, – подчеркнул руководитель работ со стороны СтГМУ доктор медицинских наук Александр Долгалев, профессор стоматологии общей практики и детской стоматологии, главный врач Северо-Кавказского медицинского учебно-методического центра.
Ученые из ИСЭ СО РАН планируют и дальше развивать медицинскую тематику:
– Работая над этим проектом, мы коснулись лишь вершины айсберга возможностей этой технологии. В будущем у нас есть потенциал для создания полного цикла получения данного продукта, включая нанесение покрытий, стерилизацию медицинских изделий электронным пучком и их упаковку. Кроме этого, мы видим перспективы развития этого направления не только в области стоматологии, но и травматологии, включая получение широчайшего спектра изделий: различных пластин, игл, хирургических инструментов и индивидуальных конструкций для реабилитации наших бойцов, получивших ранения на СВО, – подчеркнул доктор технических наук Максим Воробьев, ведущий научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники.
© Пресс-служба ТНЦ СО РАН
