Ученые из НИТУ МИСИС, Российского университета медицины и Института биоорганической химии имени Шемякина и Овчинникова РАН нашли способ замедлить разрушение магниевых имплантатов. Они сравнили два типа защитных покрытий и выявили оптимальный вариант, позволяющий контролировать деградацию сплава и предотвращать образование газовых полостей в организме.
Магний привлекает медиков своей способностью полностью растворяться в теле, избавляя пациента от повторных операций по удалению фиксаторов. Однако процесс растворения идет неравномерно.
Из-за быстрой коррозии имплантат может потерять прочность до того, как кость срастется, а выделяющийся водород формирует газовые полости, мешающие реабилитации. Проблема давно известна, но решение лежит в правильной обработке поверхности.
Главные мысли за 1 минуту
- Ученые из трех российских институтов протестировали два типа покрытий для магниевого сплава: оксидное и фторсодержащее.
- Оба наносились методом плазменной электролитической обработки.
- Образцы испытывали в растворе, имитирующем биологическую среду, и in vivo с контролем газовых полостей на КТ.
- Фторсодержащее покрытие снизило объем выделяющегося газа более чем в 10 раз по сравнению с необработанным сплавом.
- Технология прошла доклиническую стадию; после клинических испытаний ее могут использовать в биорезорбируемых материалах.
Почему магниевые имплантаты создают проблемы
Биоразлагаемые магниевые сплавы сегодня активно внедряют в ортопедию и остеосинтез: они прочны, но со временем замещаются костной тканью без следа. Однако скорость их коррозии трудно предсказать.
Разрушаясь, магний выделяет водород — газ накапливается в тканях, образуя полости, которые могут замедлять заживление или вызывать дискомфорт. Кроме того, если имплантат потеряет механическую прочность до сращения перелома, потребуется повторная операция.
Два покрытия, одна цель: замедлить коррозию
Исследователи взяли за основу магниевый сплав и нанесли на его поверхность два варианта защитных слоев с помощью плазменной электролитической обработки.
Первый — оксидное покрытие, второй — фторсодержащее. Оба призваны изолировать металл от агрессивной биологической среды, но ведут себя по-разному.
Чтобы проверить, какой из них лучше, ученые поместили образцы в раствор, моделирующий физиологические условия, а параллельно провели испытания на живых моделях. За образованием газовых полостей следили с помощью компьютерной томографии.
Фторсодержащий слой оказался плотнее и однороднее
Образцы без покрытия показали неуклонный рост объема газовых карманов на протяжении всего эксперимента. У образцов с оксидной пленкой результат был лучше, но наилучшую защиту обеспечило фторсодержащее покрытие. Его структура оказалась значительно плотнее и имела меньше пор.
За счет этого биологические жидкости проникали к поверхности сплава медленнее, а процесс деградации протекал более равномерно. Ключевой показатель — объем газа вокруг образцов с фторсодержащим покрытием оказался более чем в 10 раз меньше, чем вокруг необработанных.
Более того, такой слой продемонстрировал высокую коррозионную стойкость и сохранял защитные свойства в течение всего периода наблюдений.
Секрет эффективности — в формировании фторидного слоя, который препятствует проникновению агрессивных компонентов среды к поверхности металла. Исследование опубликовано в журнале Surfaces and Interfaces, входящем в первый квартиль научных изданий.
После завершения клинических испытаний технология может найти применение при создании биорезорбируемых материалов с более предсказуемым поведением в организме.