Исследователи из Университета МИСИС предложили новый способ двухэтапной модификации сплавов для производства ортопедических имплантатов с использованием технологий 3D-печати. Методом атомно-слоевого осаждения на поверхности сверхупругого сплава Ti-Zr-Nb удалось получить оксидную пленку, позволяющую контролировать химическое состояние материала. После этого на сплав нанесли наночастицы серебра, значительно повысив антибактериальную активность.

В последние годы повышенное внимание привлекают метастабильные титановые сплавы, обладающие жесткостью, близкой по значениям к человеческой кости, что обеспечивает высокую биомеханическую совместимость, сообщает пресс-служба НИТУ МИСИС. Применяя аддитивные технологии, из этих материалов можно изготавливать имплантаты с пористой структурой, способствующей остеоинтеграции.

«Сплав Ti-Zr-Nb обладает высокими параметрами сверхупругости при температуре тела человека. Благодаря этому свойству механическое поведение материала и костной ткани схоже, однако многокомпонентность сплава приводит к тому, что оксидная пленка на нем тоже становится многокомпонентной, из-за чего ее сложнее модифицировать. Используя метод атомно-слоевого осаждения, мы можем регулировать состав и химическое состояние поверхности», — рассказал старший научный сотрудник центра неорганических наноматериалов Университета МИСИС Антон Конопацкий.

Атомно-слоевое осаждение — известный и широко используемый метод контролируемого формирования тонкой оксидной пленки на поверхности сплава. Покрытие с предсказуемой толщиной и составом помогает ученым прогнозировать свойства материалов. Помимо биологической активности имплантат должен предотвращать и подавлять рост бактерий.

Различные модификации серебра известны своими бактерицидными свойствами. Ученые НИТУ МИСИС экспериментально подтвердили, что добавление борогидрида натрия на поверхность модифицированного сплава перед помещением в раствор нитрата серебра, позволяет существенно повышать концентрацию ионов серебра и придавать материалу повышенные антибактериальные свойства. Образец нейтрализовал 75% клеток кишечной палочки. Использование наночастиц серебра позволило не только улучшить антибактериальные свойства, но и повысить контроль скорости высвобождения ионов серебра, что критически важно для клинического применения.

«Исследование является частью большого научного проекта по разработке новых материалов для медицинских изделий из сплавов Ti-Zr-Nb. Следующим этапом будет адаптация предложенного подхода для модификации внутренней поверхности пористых материалов, получаемых с применением аддитивных технологий. На их основе планируется создавать персонализированные ортопедические имплантаты, в частности, кейджи для замены межпозвонковых дисков», — рассказал научный руководитель проекта, заведующий лабораторией сплавов с памятью формы Университета МИСИС Вадим Шереметьев.

Работы выполнены при финансовой поддержке Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в издании Journal of Functional Biomaterials.

Источник