Международный коллектив ученых определил оптимальное время обработки магниевых сплавов при производстве медицинских биодеградируемых имплантатов. Над проектом работали исследователи из Уральского государственного медицинского университета и Томского государственного университета совместно с коллегами из Южной Кореи. Они выяснили, что 15 минут плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО, процесс окисления поверхности с целью получения оксидного покрытия) делают материал более прочным и биосовместимым.
Специалисты изучили влияние микродугового оксидирования на характеристики поверхности биомедицинских имплантатов из магниевого сплава Mg-Ca-Zn. Подобные конструкции отличаются меньшей прочностью по сравнению с металлическими элементами, несмотря на хорошие биосовместимые качества. Благодаря ПЭО на поверхности образовалось прочное биокерамическое покрытие, которое защищало материал от агрессивной среды организма и регулировало скорость биодеградации.
В ходе эксперимента ученые сравнили три режима оксидирования — в течение 15, 25 и 35 минут. Затем имплантаты из магниевого сплава с уже обработанной поверхностью устанавливали в бедренную кость кроликов. За два месяца наблюдений ученые оценивали выделение газа, скорость разрушения материала и плотность костной ткани вокруг имплантата.
Выяснилось, что при увеличении времени оксидирования толщина покрытия растет, но вместе с ней повышается и количество микротрещин и пор, что делает конструкцию более уязвимой к коррозии. Наилучшие значения показал именно вариант с 15-минутной обработкой — в этом случае выделялось меньше водорода, имплантат сохранял форму, а кость восстанавливалась равномерно.
«Покрытие, полученное за 15 минут, обладает наименьшей пористостью и лучшей коррозионной стойкостью по сравнению с более длительными вариантами обработки. В экспериментах на животных мы не наблюдали воспалительных реакций, а костная ткань восстанавливалась быстрее всего именно вокруг таких имплантатов», — отмечают авторы исследования, опубликованного в Materials Today Communications (SJR Q1).
Они подчеркивают, что именно пористость покрытия, а не его толщина, играет ключевую роль в защите от коррозии. Поэтому слишком длительная обработка может ухудшать свойства сплава.
По словам исследователей, магний и его сплавы традиционно рассматриваются как перспективный материал для имплантатов, поскольку они постепенно растворяются в организме, замещаясь костной тканью. Это позволяет избежать повторных операций по их удалению. Однако слишком быстрая деградация магния и выделение газа могут приводить к осложнениям. ПЭО-покрытия помогают регулировать эти процессы и повышают биосовместимость имплантатов.
Исследования выполняются по стратегическому технологическому проекту «Биоинженерные и композитные материалы нового поколения для персонализированной и регенеративной медицины» Уральского государственного медицинского университета.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «Молодежь и дети»).
