Ученые ТПУ нашли способ заставить искусственный сустав «срастаться» с костью. Секрет — в уникальном покрытии, которое имитирует природный минерал и продлевает жизнь имплантату в два раза.
От сетки до кристалла
В основе эксперимента лежат так называемые гироидные скаффолды — это трехмерные сетчатые структуры, напечатанные методом электронно-лучевого спекания из титаново-ниобиевого сплава. Такая геометрия, повторяющая природные узоры, обеспечивает легкость и прочность.
Главная инновация — в финишной обработке. На поверхность пористого каркаса наносят покрытие из гидроксиапатита — вещества, которое по химическому составу почти идентично костному минералу. Томские ученые легировали это покрытие ионами магния и стронция.
«Такой метод напыления дает плотную и однородную пленку, которая лучше держится на титане, чем традиционное плазменное напыление, и при этом не выделяет токсичных побочных продуктов. Легирование ионами магния и стронция дает синергетический эффект, улучшающий биоактивность и адгезию», — комментирует инженер исследовательского центра ТПУ Мария Козадаева.
Химия долголетия
Исследователям было важно не просто нанести состав, а понять, как именно разные элементы влияют на прочность. С помощью расчетов на уровне электронной структуры выяснилось, что стронций практически не нарушает кристаллическую решетку покрытия, делая его механически крепче. А вот магний, наоборот, создает зоны микронапряжений, снижая прочность, но сохраняя биосовместимость.
Как поясняет с.н.с. ТПУ Ирина Грубова, именно этим объясняется разница в свойствах покрытий. Однако эксперименты in vitro на клетках-преостеобластах показали, что идеальный баланс достигается при одновременном использовании обоих элементов. Такое двойное легирование обеспечивает и структурную стабильность, и высокую коррозионную стойкость, и активный рост костной ткани.
«Точная настройка состава покрытия позволяет управлять балансом между биосовместимостью и механической прочностью», – подводит итог в.н.с. Мария Сурменева. По ее словам, разработанный подход создает прогностическую базу для проектирования поверхностей с заданными свойствами, что гарантирует лучшую интеграцию и долговременную работу имплантатов.
Что дальше
Резульаты исследований тозначают, что искусственные суставы смогут служить значительно дольше, снижая риск повторных операций, а сама технология откроет путь к созданию протезов с индивидуальными характеристиками для каждого пациента.
Подписывайтесь на АиФ в  MAX
|
