Ингибиторсодержащие биоактивные композиционные покрытия на магниевых сплавах для имплантационной хирургии

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-13-00130

НазваниеИнгибиторсодержащие биоактивные композиционные покрытия на магниевых сплавах для имплантационной хирургии

Руководитель Гнеденков Сергей Васильевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-402 - Электрохимия и коррозия металлов

Ключевые слова биодеградируемые имплантаты, биосовместимые имплантаты, биоактивные покрытия, магниевые сплавы, плазменное электролитическое оксидирование, импедансная спектроскопия, защитные свойства, коррозионный процесс, остеосинтез

Код ГРНТИ31.15.33

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В последние годы большое внимание уделяется улучшению средней продолжительности жизни населения, качества медицинской помощи, созданию условий для восстановления здоровья. Во всем мире травматизм является одной из наиболее частых причин временной или стойкой нетрудоспособности, а также смертности населения. В развитых странах прямой и косвенный ущерб от травм исчисляется большими денежными суммами. Самым эффективным, а иногда единственным способом лечения и восстановления целостности костной ткани в случае сложных переломов является установка временных металлических имплантатов в виде пластин, штифтов и винтов, фиксирующих обломки кости в положении, необходимом для их срастания. Особое внимание в последнее время уделяется разработке временно устанавливаемых биорезорбируемых имплантатов, которые выполняют свою функцию в течение периода выздоровления, а затем растворяются в организме. Использование такого материала в хирургии позволит избежать повторных операций для извлечения выполнившего свою функцию имплантата. Перспективными являются металлические имплантаты, обладающие более высокими прочностными характеристиками по сравнению с используемыми в настоящее время полимерными. Одним из возможных путей дальнейшего развития является проведение фундаментальных исследований, направленных на разработку новых биоактивных и биорезорбируемых металлических имплантатов. Повышенное внимание при создании такого вида имплантатов уделяется магниевым сплавам, поскольку они по таким механическим характеристикам, как плотность и модуль Юнга близки к костной ткани. Однако высокая коррозионная активность магниевых сплавов в среде человеческого организма не позволяет их использовать в качестве временных имплантатов из-за преждевременной деградации. Одним из путей решения проблемы коррозионной стойкости магниевых сплавов является нанесение на их поверхность покрытий, обеспечивающих защиту имплантата в течение периода, необходимого для лечения перелома, составляющего, как правило, 12–14 недель. Кроме того, биоактивные компоненты, вводимые в состав покрытия, должны ускорять рост костной ткани. Научной новизной заявляемого проекта является разработка способов формирования на магниевых сплавах антикоррозионных биоактивных покрытий, позволяющих сохранить механическую прочность имплантата в течение времени, необходимого для срастания кости и восстановления ее функций, и способствующих процессам остеогенеза, протекающим в этот период. Кальций-фосфатные слои (в том числе содержащие гидроксиапатит), полученные методом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО), позволяют достичь необходимой биосовместимости имплантата и ускоряют остеогенез, однако, не защищают Mg-сплав от коррозии в должной степени. Одной из основных причин коррозионной активности в этом случае является наличие пор в защитном покрытии, сквозь которые коррозионно-активные компоненты диффундируют к подложке. Вместе с тем, этот недостаток ПЭО-слоя можно обратить в преимущество. Наличие пористого внешнего слоя позволяет использовать его в качестве контейнера для материалов или веществ, оказывающих ингибирующее действие на коррозионный процесс магниевого сплава. С другой стороны, согласно результатам работ авторов этого проекта, применение ультрадисперсного политетрафторэтилена (УПТФЭ), обладающего высокой коррозионной стойкостью, для формирования защитных покрытий позволяет при необходимости либо сузить размер пор, либо полностью их запечатать при этом существенно повысить антикоррозионную защиту магниевого сплава. Кроме того, с целью снижения скорости коррозии предполагается использовать включение в состав пористой части сформированного ПЭО-слоя ингибиторов коррозии магниевых сплавов. Направленное формирование ингибиторсодержащих композиционных покрытий на магниевых сплавах для имплантационной хирургии возможно лишь при тщательном изучении локальными (SVET, SIET) и традиционными электрохимическими методами влияния формируемых поверхностных слоев на интенсивность и механизм коррозионного процесса. Таким образом, предлагаемые подходы позволят разработать способы направленного формирования на магниевых сплавах покрытий, включающих в свой состав биоактивные и ингибирующие коррозионный процесс компоненты, обеспечивающие снижение скорости коррозии материала в среде организма, а также ускоряющие остеогенез.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Машталяр Д.В., Надараиа К.В., Имшинецкий И.М., Белов Е.А., Филонина В.С., Сучков С.Н., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Composite coatings formed on Ti by PEO and fluoropolymer treatment Applied Surface Science, 536 (2021) 147976 (год публикации - 2021)
10.1016/j.apsusc.2020.147976

2. Надараиа К.В., Плешкова А.И., Пяткова М.А., Имшинецкий И.М., Машталяр Д.В., Плехова Н.Г., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Formation of PEO-Coatings for Implants Materials Solid State Phenomena, Vol. 312, pp 309-313 (год публикации - 2020)
10.4028/www.scientific.net/SSP.312.309

3. Машталяр Д.В., Надараиа К.В., Гнеденков А.С., Имшинецкий И.М., Пяткова М.А., Плешкова А.И., Белов Е.А., Филонина В.С., Сучков С.Н., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Bioactive Coatings Formed on Titanium by Plasma Electrolytic Oxidation: Composition and Properties Materials (год публикации - 2020)
10.3390/ma13184121

4. Силантьев В.Е., Егоркин В.С., Земскова Л.А., Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Synthesis of Phosphate Phases on Chitosan Template Basic & Clinical Pharmacology & Toxicology, Vol.127, Supplement S1, 003, Р. 4 (год публикации - 2020)

5. Подгорбунский А.Б., Имшинецкий И.М., Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. PEO Coated Porous Mg/HAp Implant Materials Impregnated with Bioactive Components Solid State Phenomena, Vol. 312, pp 366-371 (год публикации - 2020)
10.4028/www.scientific.net/SSP.312.366

6. Гнеденков А.С., Ламака С.В., Синебрюхов С.Л., Машталяр Д.В., Егоркин В.С., Имшинецкий И.М., Желудкевич М.Л., Гнеденков С.В. Control of the Mg alloy biodegradation via PEO and polymer-containing coatings Corrosion Science, Vol.182, 109254 (год публикации - 2021)
10.1016/j.corsci.2021.109254

7. Машталяр Д.В., Имшинецкий И.М., Надараиа К.В., Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Устинов А.Ю., Самохин А.В., Гнеденков С.В. Influence of ZrO2/SiO2 nanomaterial incorporation on the properties of PEO layers on Mg-Mn-Ce alloy Journal of Magnesium and Alloys (год публикации - 2021)
10.1016/j.jma.2021.04.013

8. Машталяр Д.В., Имшинецкий И.М., Надараиа К.В., Сидорова М.В., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Formation of PEO Coatings Modified by SiC Nanoparticles on the MA8 Magnesium Alloy MATEC Web of Conferences, Vol. 346, 02021 (год публикации - 2021)
10.1051/matecconf/202134602021

9. Надараиа К.В., Машталяр Д.В., Белов Е.А., Имшинецкий И.М., Кирюхин Д.П., Синебрюхов С.Л., Бузник В.М., Гнеденков С.В. Synthesis of polymeric system based on polyethylene oxide and tetrafluoroethylene telomers to obtain films with switchable wettability Journal of Molecular Liquids (год публикации - 2021)
10.1016/j.molliq.2021.118225

10. Гнеденков А.С., Ломако С.В., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Желудкевич М.Л., Гнеденков С.В. Фундаментальные аспекты локальной коррозии магниевых сплавов, перспективных для имплантационной хирургии Цветные металлы, Выпуск 12, Страницы 47 - 52, 2021 (год публикации - 2021)
10.17580/tsm.2021.12.07

11. Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Егоркин В.С., Устинов А.Ю., Сергиенко В.И., Гнеденков С.В. The detailed corrosion performance of bioresorbable Mg-0.8Ca alloy in physiological solutions Journal of Magnesium and Alloys, 2022, 10(5), pp. 1326–1350 (год публикации - 2022)
10.1016/j.jma.2021.11.027

12. Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Плехова Н.Г., Гнеденков С.В. Smart composite antibacterial coatings with active corrosion protection of magnesium alloys Journal of Magnesium and Alloys, Available online 6 June 2022 (год публикации - 2022)
10.1016/j.jma.2022.05.002

13. Кононенко Я.И., Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Вялый И.Е., Гнеденков С.В. Composite triazole-containing PEO-coatings for effective corrosion protection of AlMg3 aluminum alloy St. Petersburg Polytechnic University Journal. Physics and Mathematics, 2022, Vol. 15, No. 3.1, P. 173-178 (год публикации - 2022)
10.18721/JPM.153.129

14. Номеровский А.Д., Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Preparation of layered double hydroxide on PEO-coated MA8 magnesium alloy: electrochemical and corrosion properties St. Petersburg Polytechnic University Journal. Physics and Mathematics, 2022, Vol. 15, No. 3.1, P. 197-203 (год публикации - 2022)
10.18721/JPM.153.133

15. Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Cергиенко В.И., Гнеденков С.В. Физико-химические основы локальной гетерогенной коррозии магниевых и алюминиевых сплавов ТЕХНОСФЕРА, Москва, Москва, ТЕХНОСФЕРА, 2022. 424 с.: илл. 287, библиогр. 877 назв. (год публикации - 2022)
10.22184/978-5-94836-661-6

16. Алиофхазери М., Макдональд Д.Д., Матыкина Э., Парфенов Е.В., Егоркин В.С., Курран Ж.А., Троугхтон С.К., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В., Лампке Т., Симчен Ф., Набави Х.Ф. Review of plasma electrolytic oxidation of titanium substrates: Mechanism, properties, applications and limitations Applied Surface Science Advances, Volume 5, 1 September 2021, 100121 (год публикации - 2021)
10.1016/j.apsadv.2021.100121

17. Машталяр Д.В., Надараиа К.В., Белов Е.А., Сучков С.Н., Плешкова А.И., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Wearproof Composite Coatings on Ti Materials Research Proceedings, 21, 2022, 335-341 (год публикации - 2022)
10.21741/9781644901755-59

18. Надараиа К.В., Машталяр Д.В., Герасименко М.С., Пяткова М.И., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Changes in Wettability and Corrosion Properties of Coatings Obtained on MA8 Magnesium Alloy after Accelerated Climatic Tests Key Engineering Materials, Vol. 910, 2022, pp 684-689 (год публикации - 2022)
10.4028/p-lu09le

19. Белов Е.А., Надараиа К.В., Машталяр Д.В., Имшинецкий И.М., Герман А.П., Минаев А.Н., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Composite coatings formed on peo pretreated ma8 magnesium alloy in aqueous suspension of ptfe Key Engineering Materials, Vol. 885, 2021, pp. 95-102 (год публикации - 2021)
10.4028/www.scientific.net/KEM.885.95

20. Машталяр Д.В., Надараиа К.В., Плехова Н.Г., Имшинецкий И.М., Пяткова М.А., Плешкова А.И., Кислова С.Е., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Antibacterial Ca/P-coatings formed on Mg alloy using plasma electrolytic oxidation and antibiotic impregnation Materials Letters, Volume 317, 15 June 2022, 132099 (год публикации - 2022)
10.1016/j.matlet.2022.132099

21. Майстровская Ю.В., Невзорова В.А., Угай Л.Г., Гнеденков С.В., Коцурбей Е.А., Молтых Е.А., Костив Р.Е., Синебрюхов С.Л. Bone Tissue Condition during Osteosynthesis of a Femoral Shaft Fracture Using Biodegradable Magnesium Implants with an Anticorrosive Coating in Rats with Experimental Osteoporosis Applied Sciences, 12, 2022, 4617 (год публикации - 2022)
10.3390/app12094617

Публикации