В ходе комплексного исследования сотрудниками лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов Института физики прочности и материаловедения СО РАН были установлены физико-химические закономерности влияния концентрации полимера полилактидгликолида (ПЛГА) на коррозионную стойкость, сопротивление растрескиванию и адгезионную прочность композиционных скаффолдов системы «ПЛГА/кальцийфосфат/титан» для ортопедических имплантатов.

Впервые коллективом авторов предложен многоуровневый композитный скаффолд, представляющий собой прочный титановый каркас, модифицированный пористым кальцийфосфатным покрытием и полимерным слоем из полилактидгликолида (ПЛГА), для изготовления ортопедических имплантатов. Кальцийфосфатные покрытия на титане были получены методом микродугового оксидирования с дополнительной активацией электрохимического процесса ультразвуковыми волнами, последующая модификация поверхности покрытий полимером осуществлялась методом послойной самосборки путем многократного погружения в раствор ПЛГА с концентрациями 5, 8 и 10 мас.%.

Показано, что увеличение концентрации ПЛГА в составе покрытий привело к изменению морфологии поверхности: частичному запечатыванию поровых пространств и снижению шероховатости по Ra от 3,5 до 2,4 мкм. Это способствовало ухудшению адгезионно-когезионной прочности композиционных слоев к подложке от 20,1 до 8,1 МПа под действием нормальных растягивающих нагрузок при отрыве.

Однако приложение нормальных и касательных сжимающих нагрузок на композиционные слои при царапании, напротив, показало увеличение критических нагрузок когезионного и адгезионного разрушения. Коррозионные испытания композиционных скаффолдов с помощью гравиметрического и электрохимического методов в модельных биологических средах, растворе 0,9 мас.% NaCl и фосфатно-солевом буфере, показали существенное снижение скорости коррозии после их полимеризации даже тонким 5 мас.% слоем ПЛГА. Верхний слой ПЛГА на два порядка повысил модуль полного сопротивления и, напротив, понизил ток коррозии композита, что свидетельствует о высоких изолирующих свойствах модифицированной поверхности и высоком сопротивлении коррозии.

Это исследование подчеркивает потенциал использования скаффолдов из титана, модифицированных кальцийфосфатным и полимерным слоями, для продления срока службы и функциональности ортопедических имплантатов, что является важной задачей биомедицинской инженерии.

Результаты исследования опубликованы в журнале первого квартиля Polymers.

Исследование выполнено в рамках гранта Российского научного фонда, № 21-73-10265.

Источник: ИФПМ СО РАН.