Коллектив учёных из Института сильноточной электроники СО РАН в кооперации с коллегами из Ставропольского государственного медицинского университета разрабатывает методику формирования металлических и оксидных покрытий на поверхности различных медицинских изделий для челюстно-лицевой хирургии.
Такие покрытия на основе титана, ниобия и циркония, созданные при помощи вакуумно-дугового напыления с плазменным ассистированием, позволят эффективно защитить организм человека от проникновения токсичного ванадия в период приживления имплантата. Проект осуществляется при поддержке четырёхгодичного гранта РНФ (проект № 24-69-00074).
«Основная идея заключается в том, чтобы блокировать выход в организм токсичного ванадия, который содержится в медицинском сплаве титана ВТ6. Для этого необходимо наносить на поверхность имплантатов биосовместимые покрытия, отличающиеся высокой адгезией к подложке, твердостью и длительным сроком службы, — рассказывает руководитель проекта профессор Николай Коваль, главный научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН. — В ходе работы над проектом планируем регулировать элементный состав покрытий, задавая им нужные механические, трибологические и коррозионные свойства, в зависимости от назначения имплантата, от того, с какими именно тканями ему придется взаимодействовать — костными, хрящевыми или мягкими».
Как пояснил ведущий научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники Максим Воробьёв, процедура нанесения покрытий состоит из нескольких этапов. Прежде всего, имплантаты, которые подвергнутся напылению, должны пройти первичную очистку. Затем заготовки (от нескольких десятков до сотен, а концу работы над проектом эта цифра должна вырасти до тысячи штук) загружаются в вакуумную камеру, подвешиваются на специальную «карусель», на которую направлены сразу два источника плазмы: газовой и металлической.
Одновременно с этим процессом с помощью разработанного специалистами лаборатории плазменного источника с накалённым катодом «ПИНК» ведётся ионно-плазменная активация поверхности изделий, а в последствии плазменно-ассистированное напыление: в вакуумную камеру поступает активный кислород, инертный аргон, а при необходимости и другие газы. Аргон позволяет дополнительно очистить поверхность заготовок, а активный кислород образует на поверхности заготовок оксиды титана, ниобия и циркония, которым и предстоит стать защитным барьером между имплантатом и человеческим организмом.
Слева направо: техник Дмитрий Шпанов, научный сотрудник Владимир Шугуров, главный научный сотрудник, доктор технических наук Николай Коваль, ведущий научный сотрудник, доктор технических наук Максим Воробьёв, младший научный сотрудник Никита Прокопенко
В планах томских и ставропольских учёных — создать защитные покрытия не только на основе оксидов, но и на основе сплавов титан-ниобий, титан-ниобий-цирконий, а также среднеэнтропийных и высокоэнтропийных сплавов. Все предусмотренные грантом клинические испытания будут проводиться на базе Ставропольского государственного медицинского университета.
«Ежегодно специалистами-имплантологами закупается примерно полтора миллиона имплантатов, при этом 97 % из них импортные, поэтому сейчас есть огромная потребность в собственной, российской высококачественной медицинской продукции, которую бы отличали хорошая приживаемость и прочностные характеристики. В рамках реализации нескольких грантов нам удалось создать прототип высококачественного отечественного имплантата конусной формы из высокопрочных сплавов титана, отвечающий этим требованиям», — рассказал руководитель работ со стороны СтГМУ Александр Долгалёв, профессор кафедры стоматологии общей практики и детской стоматологии, главный врач Северо-Кавказского медицинского учебно-методического центра.
Благодаря сотрудничеству с ИСЭ СО РАН в Ставрополе создана лаборатория по разработке и исследованию имплантационных материалов при научно-инновационном объединении медуниверситета. В команду из 10 человек вошли как представители клинических кафедр, так и сотрудники научных лабораторий. Больше половины членов коллектива — молодые учёные в возрасте до 30 лет, в том числе два студента.
Проект можно смело назвать кузницей научных кадров и для ИСЭ СО РАН. Со стороны Томска над ним работают 10 учёных, семь из которых — молодые. «Для меня это уникальная возможность применить свои знания при проведении материаловедческих испытаний и защитить в будущем диссертацию по этому направлению», — прокомментировал Дмитрий Шпанов, техник ИСЭ СО РАН, студент третьего курса ТПУ, лауреат конкурса «Лучший студент ТПУ – 2024».
Источник: Томский научный центр СО РАН.