Сотрудники Института физики прочности и материаловедения СО РАН нашли эффективный способ увеличить коррозионную стойкость и прочность адгезии биоактивных покрытий для медицинских имплантатов на основе магниевых сплавов.

С помощью микродугового оксидирования на изделие наносится покрытие с добавлением микрочастиц осадочной породы диатомита и диоксида циркония, которое затем подвергается воздействию низкоэнергетических сильноточных электронных пучков. Результаты исследования представлены в журнале Letters on Materials.

«Сплавы на основе магния относятся к последнему поколению биоматериалов. Их главное преимущество заключается в способности растворяться в организме, постепенно замещаясь костной тканью. Однако серьёзным недостатком магниевых сплавов является высокая скорость их биодеградации. Дело в том, что срок приживления имплантата — от двух до шести месяцев, а магниевые сплавы растворяются быстрее, ещё до того, как кость успеет сформироваться. Чтобы избежать этого, на поверхность медицинских изделий наносят защитные коррозионностойкие и биоактивные покрытия», — рассказывает Мария Седельникова, старший научный сотрудник лаборатории физики наноструктурных композитов ИФПМ СО РАН.

Модификация поверхностей имплантатов происходит с помощью микродугового оксидирования: металлическое изделие погружают в электролит, где под воздействием микродуговых разрядов на его поверхности формируется покрытие, в состав которого входит материал металлической подложки и вещества из электролита. Для оптимизации состава и микроструктуры получаемых покрытий томские учёные предложили добавлять в раствор электролита микрочастицы диоксида циркония и такого природного материала, как диатомит — кремнистой осадочной породы из остатков скелетов диатомовых водорослей с пористой структурой.

Покрытия, полученные таким способом, однако, обладают неравномерной пористостью и шероховатостью, что ухудшает механические и коррозионные свойства медицинских изделий. Чтобы решить эту проблему, материаловеды из ИФПМ СО РАН прибегли к обработке покрытий низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками (LEHCEB): в результате кратковременного воздействия поверхностный слой материала нагревается и плавится, что позволяет изменить структуру и фазовый состав как самой основы, так и покрытий, улучшив их функциональные свойства — коррозионную стойкость и прочность сцепления с имплантатом.

В итоге, критическая нагрузка, которую могут выдержать биопокрытия на основе диатомита и диоксида циркония, возросла вдвое. Это стало возможным благодаря тому, что после электронно-пучковой обработки повысилась плотность покрытия, его поры приобрели особую сфероидальную форму, а на поверхности сформировался слой, обогащённый оксидом циркония.

Источник: Томский научный центр СО РАН.