Ученые из Института химии ДВО РАН во Владивостоке и их коллеги из Университета Бу-Али Сина в Хамадане представили революционное решение для ортопедии — гибридное покрытие, кардинально повышающее стойкость биоразлагаемых имплантатов на основе магниевых сплавов. Главной проблемой таких материалов является их слишком быстрая коррозия в организме, что приводит к преждевременному разрушению конструкции еще до того, как костная ткань полностью восстановится. Период полного заживления костей составляет в среднем от 14 до 17 недель, и именно на это время имплантат должен сохранять свою структурную целостность. Новая разработка позволяет добиться контролируемого растворения, значительно замедляя процесс разрушения в критический период.
Уникальность подхода заключается в многоэтапном формировании сложного защитного барьера. Сначала на пластинку из магниевого сплава наносится прочное керамикоподобное основание методом плазменного электролитического оксидирования. Затем исследователи создали активный слой, который и является ключевым элементом всей системы. Для этого они использовали алюмосиликатные нанотрубки природного минерала галлуазита, которые выполняют роль наноконтейнеров. Эти трубки были заполнены органическим ингибитором коррозии — бензотриазолом. Наполненные ингибитором нанотрубки были внедрены в матрицу из биорастворимого полимера, которым покрыли керамическую основу.
В результате был получен многофункциональный материал, где каждый слой выполняет свою задачу. При контакте с физиологической средой организма полимерная матрица начинает постепенно деградировать, высвобождая минеральные нанотрубки. Когда коррозионные процессы пытаются повредить имплантат, из нанотрубок высвобождается ингибитор, который активно подавляет окисление металла, создавая надежную защиту. Эффективность такого покрытия оказалась впечатляющей.
Лабораторные испытания, в ходе которых образцы помещали в солевой раствор, имитирующий внеклеточную жидкость, показали, что образцы с нанотрубками, заполненными ингибитором, стали в 33−79 раз более устойчивыми к коррозии по сравнению с необработанным магниевым сплавом. При этом важную роль играет внутренний диаметр нанотрубок. Чем он больше, тем больше ингибитора можно в них поместить, что напрямую влияет на продолжительность защиты. Образцы с нанотрубками большего диаметра продемонстрировали в 2,6 раза более высокую стойкость.
Долговременные тесты, в ходе которых измерялась скорость коррозии в течение семи дней, подтвердили перспективность разработки. Скорость растворения образцов с гибридным покрытием составила всего 0,021 миллиметра в год, что в 4,8 раза медленнее, чем у пластинок только с керамическим слоем.
Ранее ученые МАИ представили способ удешевить титановые импланты суставов.
