Новости

10 февраля, 2022 15:06

Химики создали модель деградации материалов имплантатов в жидкостях организма

Российские ученые исследовали поведение биорезорбируемого сплава магния в условиях, приближенных к тем, что есть в организме. В условиях in vitro они выяснили, как влияют состав и локальные отличия поверхности кальцийсодержащего сплава магния Mg-0,8Ca на его коррозию, а также описали характер и особенности электрохимических процессов, протекающих на сплаве. Получившаяся на их основе модель поможет разработать безопасные, биоактивные и разлагаемые материалы для имплантатов. Статья по работе, поддержанной грантами Российского научного фонда (РНФ), опубликована в журнале Journal of Magnesium and Alloys.
Источник: Pixabay

В настоящее время имплантаты широко применяют во многих областях медицины, таких как ортопедия, сердечно-сосудистая хирургия, травматология и другие, а потому усовершенствование материалов, используемых для их изготовления, является одним из важных направлений. Традиционно это неразлагающиеся (химически стойкие) металлы и сплавы, однако имплантаты на их основе, несмотря на свою максимальную стабильность, имеют ряд ограничений. Так, они не деградируют, из-за чего может потребоваться повторная операция для удаления имплантата после выздоровления пациента, а их износ вызывает воспаление в организме человека.

Перспективной альтернативой могут служить биоразлагаемые металлические материалы, и наиболее обещающие среди них — магний (Mg) и его сплавы. Сам по себе магний подвержен слишком быстрой коррозии в организме и не может использоваться без антикоррозионной защиты. Но и в этом случае необходимо сначала изучить механизм его деградации, например, с помощью локального электрохимического in situ анализа: установление взаимосвязи между гетерогенностью материала (то есть разностью свойств в разных его частях) и его локальной коррозионной активностью позволят сформировать на поверхности сплавов защитные покрытия. В дальнейшем такая система станет основой имплантатов, обеспечивающих достаточную механическую прочность и стабильность, необходимую для полного восстановления костной ткани. Затем материал будет растворяться и безопасно утилизироваться в организме.

«Мы выбрали кальций-магниевый сплав, который безвреден для живых систем, так как элементы, входящие в него, постоянно присутствуют в организме человека. По мере деградации они будут высвобождаться и включаться в процессы восстановления кости, ускоряя заживление», — рассказал руководитель проекта Андрей Гнеденков, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Института химии ДВО РАН.

Российские ученые из Института химии ДВО РАН (Владивосток) проверили, как сплав Mg-0,8Ca ведет в себя в жидкостях, имитирующих биологические. Его исследовали в среде для культивирования клеток и в физрастворе, наблюдая за потерей веса, изменениями структуры и химического состава поверхностных слоев. Для этого авторы применяли традиционные и локальные сканирующие электрохимические методы. В результате им удалось разработать модели того, как сплав деградирует в жидкостях, аналогичных тем, что есть в организме.

Так, результаты анализа демонстрируют, что добавление кальция в магниевый сплав увеличивает деградацию материала за счет усиления протекающий электрохимических реакций — на участках, где примеси было больше, процесс шел быстрее. Кроме того, исследователи отметили, что в среде для культивирования на поверхности сплава образовывалась пленка из гидроксиапатита (он также входит в состав костей и зубов), однако и она не сильно повлияла на устойчивость сплава к коррозии.

«Система многообещающая, и мы развиваем теоретические основы коррозионной деградации сплавов магния, перспективных для использования в качестве биодеградируемых имплантатов. В дальнейшем мы планируем разработать новые физико-химические методы обработки и исследования свойств материалов. Это позволит повысить их функциональность и эффективность в различных областях науки и техники, а также создать новые функциональные системы и покрытия», — добавил Андрей Гнеденков.
18 мая, 2022
Новые графитоподобные катализаторы помогут с рекордной эффективностью получать топливо для солнечной водородной энергетики
Новосибирские ученые предложили метод синтеза высокоактивного фотокатализатора для получения водород...
16 мая, 2022
Ученые синтезировали стабильные светящиеся нанометки, перспективные для диагностики рака
Санкт-Петербургские физики вместе с коллегами из Городского университета Гонконга предложили способ ...