Специалисты из Института физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск) 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 двух до шести месяцев, а магниевые сплавы растворяются быстрее, еще до того как кость успеет сформироваться. Чтобы избежать этого, на поверхность медицинских изделий наносят защитные коррозионно-стойкие и биоактивные покрытия», — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории физики наноструктурных композитов ИФПМ СО РАН доктор технических наук Мария Борисовна Седельникова.
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 входят 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 природного материала диатомита — кремнистой осадочной породы из остатков скелетов диатомовых водорослей с пористой структурой.
Однако покрытия, полученные таким способом, 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.
Пресс-служба ТНЦ СО РАН