В Томске нашли способ настраивать покрытие имплантов

Простая термообработка никелида титана дает неожиданный эффект: чем сильнее нагрев, тем более неоднородной становится поверхность имплантата. Редакция Наука Mail пообщалась с разработчиком технологии, чтобы узнать, как управлять этим процессом и какие возможности это открывает.

Контроль рельефа и состава повышает надежность имплантатов

Источник: ТГУ

Исследователи Томского государственного университета вместе с коллегами из Университета Токай (Япония) изучили, как термическая обработка влияет на поверхность никелида титана. Об этом Науке Mail сообщили в пресс-службе Минобрнауки России.

Медицинские имплантаты делают из сплава с эффектом памяти формы благодаря сверхэластичности. Но для долгой работы изделия важна не только эта способность — поверхность контактирует с тканями.

Структура слоя важнее его толщины

Источник: ТГУ

Ученые нагревали образцы при разных температурах и анализировали, как меняется оксидный слой. Они выяснили: чем выше температура, тем сильнее окисление, но это не всегда хорошо. При умеренном нагреве поверхность становится более благоприятной, а при слишком интенсивном — рельеф становится неоднородным и выраженным. Важна не только степень окисления, но и структура слоя.

Можно было бы ожидать, что чем больше оксида образуется на поверхности, тем лучше будет защитный эффект. Но наши результаты показывают более сложную картину: важна не только степень окисления, но и то, как устроен сформировавшийся слой.

Елена Большевич

младший научный сотрудник лаборатории медицинского материаловедения, аспирант физического факультета ТГУ

В эксклюзивном комментарии Наука Mail исследователь объяснила, что качество обработки поверхности имеет принципиальное значение для безопасности имплантата. Даже изделия из одинакового и соответствующего требованиям никелида титана могут по-разному вести себя в организме.

«Для никелида титана важен не только химический состав сплава и его механические свойства, но и состояние поверхности. Именно поверхностный оксидный слой первым контактирует с физиологической средой и во многом определяет, насколько стабильно материал будет вести себя в организме», — пояснила Большевич.

По ее словам, если при обработке образуется неоднородная, дефектная поверхность или чрезмерно развитый рельеф, она может стать более электрохимически активной. Это повышает риск локальной коррозии и потенциального выхода ионов никеля. Поэтому характеристики медицинского изделия зависят не только от исходного сплава, но и от технологии подготовки его поверхности.

«Два изделия могут быть изготовлены из одного и того же сплава, но иметь разные поверхностные состояния после шлифовки, полировки, термообработки или окисления. В результате будут отличаться толщина и состав оксидного слоя, рельеф, однородность, дефектность и фазовое состояние поверхности», — рассказала исследователь.

Большевич подчеркнула, что для медицинских изделий это особенно важно: организм взаимодействует прежде всего с поверхностью материала. Различия в ее обработке могут влиять на коррозионную стойкость, стабильность пассивного слоя и потенциальную биологическую реакцию.

По мнению ученого, технологию подготовки поверхности необходимо контролировать так же строго, как состав самого материала.

Источник: ТГУ

Дополнительные анализы показали: при нагреве до 450–500°C поверхность сплава становится более однородной по составу, в ней преобладает одна из стабильных форм диоксида титана. Это открывает возможность выбирать режимы обработки, чтобы получать предсказуемую и устойчивую поверхность для имплантатов.

Более устойчивый оксидный слой потенциально способен выполнять функцию барьера между сплавом и физиологической средой. Это может снизить коррозионную активность материала и замедлить деградацию его поверхности. Однако говорить о доказанном снижении поступления никеля в окружающие ткани пока преждевременно.

«Снижение выхода никеля в ткани нужно подтверждать отдельными испытаниями — например, анализом растворов после выдержки образцов или биологическими тестами. По данным структуры и фазового состава поверхности можно говорить о предпосылках к снижению коррозионной активности и, соответственно, потенциальному уменьшению выхода ионов никеля», — уточнила Большевич.

Исследование открывает и более широкую перспективу — создание разных вариантов поверхности одного и того же сплава под конкретные медицинские изделия. Для сосудистых стентов, например, особенно важны тонкий стабильный оксидный слой, низкая коррозионная активность и минимальная дефектность. Для костных имплантатов определенный микрорельеф, напротив, может быть полезен для взаимодействия с тканью, если при этом не ухудшается коррозионная стойкость.

«В будущем речь может идти не просто о "хорошей" поверхности TiNi, а о целенаправленном проектировании поверхности под конкретную медицинскую задачу. Наши результаты показывают, что температура обработки является одним из инструментов такого управления: она влияет не только на количество оксида, но и на рельеф, однородность и фазовый состав поверхностного слоя», — заключила исследователь.

Статья принята к публикации в журнале Surface and Interfaces. Исследование поддержано программой «Приоритет 2030».

Ранее Наука Mail писала о том, что в Томске придумали новый способ создания имплантов тазобедренного сустава.