Ученые смогли вдвое увеличить силу сцепления покрытий магниевых имплантатов
Эффективный метод для увеличения коррозионной стойкости и прочности адгезии биоактивных покрытий к поверхности медицинских имплантатов из магниевых сплавов разработали специалисты Института физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН, 10 октября сообщает пресс-служба Томского научного центра СО РАН.
Томские ученые исследовали возможности улучшения качества покрытий имплантатов из магниевых сплавов. Покрытие с добавлением микрочастиц осадочной породы диатомита и диоксида циркония (ZrO₂) наносится на изделие и далее закрепляется на нем с помощью микродугового оксидирования, заключающегося в воздействии низкоэнергетических сильноточных электронных пучков.
Результаты исследования свойств получаемого покрытия разработчики представили в статье «Низкоэнергетическая сильноточная электронно-лучевая обработка композиционных покрытий на основе частиц диатомита и ZrO₂» (Low-energy high-current electron beam treatment of composite coatings based on diatomite and ZrO₂ particles), опубликованной в журнале Letters on Materials.
Старший научный сотрудник лаборатории физики наноструктурных композитов ИФПМ СО РАН Мария Седельникова пояснила задачу, которую решали исследователи:
«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».
Модификация поверхностей имплантатов для лучшей адгезии к ним наносимого покрытия производится с помощью микродугового оксидирования. Для этого металлическое изделие погружают в электролит. Там на его поверхности под воздействием микродуговых разрядов формируется покрытие, состоящее из металлической подложки и вещества из электролита.
С целью улучшения качества состава и микроструктуры формируемого покрытия ученые ИФПМ СО РАН выбрали в качестве добавки к электролиту микрочастицы диоксида циркония и диатомита (кремнистая осадочная порода с пористой структурой из остатков скелетов диатомовых водорослей).
Поскольку полученные таким способом покрытия имеют неравномерную пористость и шероховатость, это снижает механические и коррозионные свойства медицинских изделий.
Для исправления таких недостатков материаловеды ИФПМ решили обработать покрытия кратковременными низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками (LEHCEB). Такое воздействие вызывает нагрев и плавление поверхностного слоя материала имплантата. Это изменяет структуру и фазовый состав частиц ZrO₂ и их растворение в покрытии. При этом повышается его коррозионная стойкость и прочность сцепления с имплантатом.
В результате такие биопокрытия могут выдержать вдвое сильную критическую нагрузку за счет повысившейся после электронно-пучковой обработки плотности покрытия, изменения формы пор, ставших сфероидальными, и сформированного на поверхности слоя, обогащенного оксидом циркония.
