Регистрация / Вход
Прислать материал

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

Докладчик: Штанский Дмитрий Владимирович

Должность: в.н.с., проф., главный научный сотрудник, профессор, заведующий лабораторией

Цель проекта:
1. Задача: В ходе выполнения работ должны быть разработаны и обоснованы новые научные подходы и технологические решения к получению композиционных материалов с (i) улучшенной остеокондуктивностью за счет получения развитой (шероховатой) поверхности, обеспечивающей хороший механический контакт вследствие врастания новой костной ткани, и функционализации поверхности для придания ей биоактивных характеристик и (ii) антибактериальными свойствами путем введения бактерицидных элементов в поверхностный слой или лекарственных препаратов в сформированный микрорельеф. 2. Цель: 1) Разработка новых научных подходов и технических решений в области технологии получения и обработки функциональных наноструктурированных материалов и покрытий, направленных на создание имплантатов нового поколения для ортопедии, челюстно-черепно-лицевой хирургии и хирургии позвоночника с улучшенной биоактивностью и бактерицидностью. 2) Выработка рекомендаций по использованию полученных имплантатов в медицинской практике. Подготовка нормативной документации для проведения биологических испытаний in vivo.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения ПНИЭР будут получены экспериментальные образцы спеченных порошковых электродов из биосовместимой металлической и металлокерамической композиции, содержащей в своем составе функциональные легирующие добавки, с остаточной пористостью менее 40%; экспериментальные образцы имплантатов из титановых сплавов, модифицированных методом импульсной электроэрозионной обработки (ИЭО) с адгезионной прочностью модифицированного слоя более 80 ГПа и шероховатостью поверхности материалов после ИЭО: 1-10 мкм; экспериментальные образцы имплантатов из титановых сплавов с многокомпонентным биоактивным наноструктурированным покрытием с антибактериальным эффектом, обладающие следующими характеристиками: адгезионная прочность покрытия более 20 ГПа; твердость покрытий более 15 ГПа; модуль упругости покрытий менее 220 ГПа; краевой угол смачиваемости покрытий менее 60о; выхода бактерицидного компонента за первые сутки более 15х10-7%; бактерицидный эффект (торможение роста колоний бактерий), по сравнению с контролем без бактерицидного компонента более 50%. Также будут разработаны программы и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов, модифицированных методом ИЭО; программы и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов с покрытием; проект лабораторного регламента на процесс получения электродных материалов; проект лабораторного регламента на процесс модифицирования поверхности титановых сплавов методом ИЭО; проект лабораторного регламента на процесс получения покрытий; методика оценки биосовместимости и биоактивности новых видов материалов in vitro; методика оценки бактерицидных свойств новых материалов с использованием патогенных бактерий; заявки на получение правоохранных документов на результаты интеллектуальной деятельности, способных к правовой охране; проект ТЗ на ОТР.
Поставленные задачи будут решены за счет использования современного аналитического и технологического оборудования для получения электродных материалов и мишеней-катодов, осаждения многокомпонентных биоактивных наноструктурированных покрытий, а также для изучения их структуры и свойств.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Новые виды биоимплантатов должны быть востребованы в ряде лечебных учреждений РФ, в частности, в городских больницах, имеющих травматологические отделения, онкологических диспансерах, а также в специализированных научно-исследовательских центрах травматологии, ортопедии и онкологии. Биоимплантаты также необходимы в клинической ветеринарной практике для замещения дефектов костей у домашних животных. Для получения биоимплантатов нового поколения необходимо сформировать технологическую цепочку, состоящую из нескольких этапов, включающих получение заданной топографии и шероховатости поверхности, функционализации поверхности с целью придания биоактивных характеристик и насыщения бактерицидным элементом, или альтернативный подход, состоящий в насыщении специально подготовленной поверхности лекарственным препаратом.
Полученные результаты должны послужить основой создания технологии модифицирования поверхности металлических биоимплантатов для черепно-челюстно-лицевой хирургии (минипластины, перфорированные пластины, реконструктивные пластины), хирургии позвоночника (пластины накостные, имплантаты контейнерные (кейджи)), ортопедии (имплантаты шейки бедра, коленного и локтевого суставов).
Новые виды биоматериалов должны быть предназначены для создания долговременных и постоянных имплантатов, обладающих механическими и функциональными свойствами, максимально близкими к таковым для костной ткани.

Текущие результаты проекта:
На первом этапе работы проведен обзор научно-технической литературы, проведены патентные исследования, разработаны и синтезированы новые составы электродных материалов (ЭМ) для модифицирования поверхности материала имплантата, проведены структурные исследования полученных ЭМ, а также реализованы прежварительные эксперименты по модифицированию поверхности титановых сплавов методом импульсной электроэрозионной обработки (ИЭО) с использованием новых ЭМ. Параллельно с разработкой новых составов ЭМ, были разработаны и получены новые составы многокомпонентных биоактивных наноструктурированных покрытий с антибактериальным эффектом. Для последующего изучения биомедицинских свойств новых материалов, были разработаны методики оценки биосовместимости, биоактивности и бактерицидных свойств новых материалов с использованием патогенных бактерий.