Создание имплантируемых трехмерных биокострукций из титановых сплавов с развитым рельефом поверхности и биоактивным наноструктурным покрытием с антибактериальным эффектом

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 24 ноября 2014 года № 14.578.21.0086 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 24 ноября по 31 декабря выполнялись следующие работы:

• проведен аналитический обзор научных и информационных источников;
• обоснованы методы и подходы, выбранные для оптимального решения задач проекта;
• проведены патентные исследования;
• разработаны и синтезированы новые составы электродных материалов для модифицирования поверхности материала имплантата;
• проведены структурные исследования полученных электродных материалов;
• проведены предварительные эксперименты по модифицированию поверхности титановых сплавов методом импульсной электроэрозионной обработки с использованием новых электродных материалов;
• разработаны и получены новые составы многокомпонентных биоактивных наноструктурированных покрытий с антибактериальным эффектом;
• разработана методика оценки биосовместимости и биоактивности новых видов материалов in vitro;
• разработана методика оценки бактерицидных свойств новых материалов с использованием патогенных бактерий;
• изготовлены титановые имплантаты для черепно-челюстно-лицевой хирургии (минипластины, перфорированные пластины, реконструктивные пластины) для осаждения наноструктурированных биоактивных покрытий с антибактериальным эффектом.

При этом были получены следующие результаты:

• На основании проведенного литературного обзора разработаны и обоснованы новые научные подходы и технологические решения к получению композиционных материалов с улучшенной остеокондуктивностью за счет получения шероховатой поверхности, обеспечивающей хороший механический контакт вследствие врастания новой костной ткани, и функционализации поверхности для придания ей биоактивных характеристик и антибактериальных свойств путем введения бактерицидных элементов в поверхностный слой или лекарственных препаратов в сформированный микрорельеф.
• По результатам патентных исследований установлено, что разработка имплантируемых биоконструкций из титановых сплавов и биоактивных покрытий с антибактериальным эффектом обладает достаточным техническим потенциалом и высоким мировым уровнем развития, о чем свидетельствует наличие выявленных релевантных патентных документов в различных странах.
• Были отработаны технологические режимы и осуществлен синтез новых электродных материалов методами самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и горячего прессования.
• Изучение структуры электродных материалов методами СЭМ и РФА показало, что электроды, полученным методом СВС, представляет собой связанный каркас из зерен нестехиометрического карбида титана с равномерно распределенной по границам зерен фазой фосфата титана Ti₃PO_x и локальными выделениями оксида кальция CaO. Электроды, полученные по технологии порошковой металлургии, представляли из себя пористый титановый каркас (пористость 20-35%) с равномерными включениями фосфата кальция.
• В ходе предварительных экспериментов по модифицированию титановых сплавов методом электроэрозионной обработки с использованием новых электродных материалов наблюдалось формирование заданной топографии поверхности и легирование поверхности материалом электрода. Определен диапазон изменения параметров шероховатости покрытий в зависимости от режимов обработки: Ra=1,5-2,7 мкм, Rmax=18,3-29,5 мкм.
• Были разработаны многокомпонентные биоактивные наноструктурированные покрытия с антибактериальным эффектом за счет научно-обоснованного легирования антибактериальным элементом — серебром. Покрытия получены путем одновременного магнетронного распыления СВС мишени TiС-10%Ca₃(РО4)₂ и ионного распыления металлической мишени серебра. Оптимизация технологических режимов позволила получить покрытия с содержанием серебра в диапазоне 0,4-4 ат.%.
• Соисполнителями проекта были разработаны методики оценки биосовместимости и биоактивности новых видов материалов in-vitro и оценки бактерицидных свойств новых материалов с использованием патогенных бактерий. Индустриальным партнером выполнено изготовление титановых имплантатов для челюстно-лицевой хирургии для последующего осаждения наноструктурированных биоактивных покрытий с антибактериальным эффектом.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.