Технологию производства безопасных медицинских имплантатов разработали ученые из Томска

Коллектив ученых из Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) вместе 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.

«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 главный научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН доктор технических наук Николай Коваль.

Процесс нанесения покрытий целиком реализуется внутри вакуумной камеры многофункциональной установки «КВИНТА», созданной в ИСЭ СО РАН. В течение одного производственного цикла длительностью два-три 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 ИСЭ СО РАН Никита Андреевич Прокопенко, ученые при решающем участии научного сотрудника и конструктора Владимира Викторовича 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 1 000 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. Далее с помощью вакуумно-дугового плазменно-ассистированного напыления формируется 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. Специалисты из Ставрополя проводили медицинские испытания, параллельно с ними в томской лаборатории изучались структуры и свойства покрытий и осуществлялись различные трибологические тесты.

«Совместная работа с ИСЭ СО РАН важна тем, что получен новый вид покрытия для имплантатов. Результаты проведенных нами исследований на клеточных культурах, куриных эмбрионах и крысах можно оценить положительно. Мы видим перспективы выведения на рынок отечественных имплантационных систем», — подчеркнул руководитель работ со стороны СтГМУ главный врач Северо-Кавказского медицинского учебно-методического центра профессор стоматологии общей практики и детской стоматологии, доктор медицинских наук Александр Долгалев.

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 продукта, включая нанесение покрытий, стерилизацию медицинских изделий электронным пучком и их упаковку. Кроме этого, мы видим перспективы развития данного направления не только в области стоматологии, но и травматологии, включая получение широчайшего спектра изделий: различных пластин, игл, хирургических инструментов и индивидуальных конструкций для реабилитации пациентов с травмами», — подчеркнул ведущий научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН доктор технических наук Максим Воробьев.

Для подготовки публикации использованы материалы издания «Наука в Сибири»