Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка прототипа технологических решений нанесения биологически совместимых наноструктурированных покрытий с заданными свойствами на основе металлов платиновой группы на материалы, применяемые при создании изделий и устройств медицинского назначения

Докладчик: Морозова Наталья Борисовна

Должность: и.о. зав. лаб. ИНХ СО РАН

Цель проекта:
1. Целью проекта является разработка технологических решений мирового уровня, позволяющих российским производителям медицинских изделий для кардиологии перейти к созданию новых видов научно-технической продукции и обеспечению замещения импорта. 2. В ходе выполнения проекта будет разработан прототип технологических решений нанесения биологически совместимых наноструктурированных металлических (Ir, Pt) и композиционных (Ir-IrO2, PtxIry) покрытий с заданными свойствами на поверхности электрических полюсов катодов и анодов диагностических электродов, электродов для радиочастотной абляции, эндокардиальных электродов, выполненных из различных металлов (нержавеющая сталь, титан, кобальт-хром, тантал), а также на полимерные носители. В качестве метода нанесения покрытий будет применен метод химического осаждения из паровой фазы (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD).

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основные результаты:
- патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96;
- модифицированные методики синтеза прекурсоров иридия и платины Ir(I, III), Pt(II, IV); опытные партии прекурсоров, методы синтеза в укрупненном масштабе (до 100 г), методы утилизации отходов благородных металлов;
- результаты исследования термохимических характеристик прекурсоров иридия и платины в конденсированной и газовой фазах;
- изготовленный и протестированный макет MOCVD установки, комплект эскизной конструкторской документации на макет установки, техническая документация: проект ТЗ на ОКР по разработке макета MOCVD установки;
- образцы эндокардиальных электродов в кол-ве не менее 10 штук, изготовленные с применением полученных в рамках проекта покрытий с использованием макета MOCVD установки, результаты исследований характеристик указанных образцов электродов;
- эскизная технологическая документация на процесс нанесения покрытий.

2. В целом, разработанный прототип технологических решений позволит на макете MOCVD установки создать образцы электродов с покрытиями из благородных металлов, обладающих необходимыми функциональными характеристиками: высокой емкостью, повышенной активной площадью поверхности, высоким импедансом,
высоким уровнем детектируемых сигналов, высокой адгезией и коррозионной стойкостью к биологическим средам под воздействием электрических импульсов.

3. Для разработки методик нанесения покрытий требуемого состава, структуры, морфологии, толщины на различные типы поверхностей с различной формой и размерами впервые планируется использовать комбинацию различных вариантов метода MOCVD: APCVD, LPCVD (при атмосферном и пониженном давлении), VUV-CVD (с УФ-стимуляцией), pulse-MOCVD (импульсный вариант). В отличие от других методов, метод MOCVD обладает позволяет получать покрытия контролируемого состава, структуры, толщины, пористости на изделиях любой конфигурации, на материалах различной природы (металлы, полупроводники, непроводящие материалы, полимеры) в широком температурном интервале, менять скорость процесса, формировать многокомпонентные материалы с прецизионной регулировкой соотношения компонентов (включая получение градиентных по составу и строению покрытий). Метод MOCVD дает возможность наносить слои из тугоплавких металлов (иридия и платины) при температурах, значительно ниже температуры их плавления; позволяет точно контролировать концентрацию паров прекурсоров, и, как следствие, управлять процессами роста слоев.

4. Методы нанесения покрытий из благородных металлов соответствуют мировому уровню. В предложенной комбинации использования различных вариантов метода MOCVD такой подход применяется впервые. Ведущими мировыми лидерами в производстве медицинских устройств и материалов являются компании Medtronic, St.Jude (обе компании из США), Biotronik (Германия), медицинскую продукцию (электрокардиостимуляторы, стенты, катетеры, специализированные провода из металлов платиновой группы) производят также компании ЕJohnson Matthey, Heraeus, Cordis Corporation, Abbott Laboratories Vascular Enterprises Ltd. и Maquet AG. Все перечисленные компании имеют научные подразделения и активно финансируют R&D разработки, поскольку заинтересованы в развитии современных подходов и выпуске новых медицинских продуктов. Однако доступ к их новейшим разработкам ограничен. Эти компании также могут быть потенциальными заказчиками разрабатываемой технологии либо продукции (комплектации), изготовленной с применением данной технологии, особенно в случае локализации производства в России.

5. Достижение заявленных результатов будет обеспечено высокой квалификацией коллектива исполнителей проекта, имеющимся у него научным заделом в области химии летучих соединений металлов (в том числе металлов платиновой группы) и разработок MOCVD процессов осаждения пленок и покрытий для различных применений, а также участием индустриального партнера на всех этапах выполнения ПНИ. С самого начала работ индустриальный партнер привлекается к разработке методики исследования функциональных свойств получаемых покрытий, на основании которого можно будет делать выводы об их практической применимости. Разрабатываемый макет установки MOCVD будет адаптирован под конкретные существующие производственные и технологические возможности индустриального партнера. Отработка технологии будет осуществляться на тех изделиях и комплектации, которая разработана индустриальным партнером и имеет практическое применение при производстве продукции. Создаваемые экспериментальные образцы с нанесенными на них покрытиями из благородных металлов будут подвергаться сравнительному анализу, испытаниям и тестам,что является необходимыми этапами вывода новой продукции на рынок медицинских изделий. Индустриальный партнер воспользуется своими деловыми связями с исследовательскими и медицинскими учреждениями, с которыми у него имеются долгосрочные партнерские отношения. После завершения проекта будет осуществлена передача созданного научно-технического продукта индустриальному партнеру для его применения в промышленном производстве. Имеются технические риски.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Основной областью применения результатов, полученных в рамках данного проекта, будет производство медицинских изделий для кардиологии с функциональными свойствами на уровне мировых образцов при относительно невысокой стоимости вследствие применения доступных, технологичных и недорогих основных материалов.

2. Результаты работы будут использованы для отработки и внедрения технологии нанесения наноструктурированных покрытий из благородных металлов с заданными функциональными свойствами в условиях реального производства медицинских изделий на российском предприятии.

3. В настоящее время отсутствие разрабатываемых технологических решений является сдерживающим фактором для разработки новых видов медицинских изделий, вывода на рынок новой продукции и реализации политики импортозамещения. Несколько крупнейших российских производителей (например, производитель стентов - компания ««Ангиолайн») также выразили высокую заинтересованность в разрабатываемой технологии.
Таким образом, уже сейчас основные производители высокотехнологичной продукции для медицины готовы рассмотреть вопрос о применении разрабатываемых подходов в собственном производстве. Разработка научных основ описываемых подходов и процессов будет способствовать получению научной продукции (статьи, патенты) высокого уровня, а также популяризации науки в целом.

Текущие результаты проекта:
1. Проведен анализ зарубежной и отечественной литературы, патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
2. Проведены экспериментальные исследования по синтезу, выделению и очистке прекурсоров иридия(III) и платины(II) в укрупненных (до 100 г) масштабах. Исследованы термохимические свойства прекурсоров.
3. Проведены экспериментальные исследования по разработке MOCVD методик осаждения Ir, Pt слоев на модельные объекты (пластины из нержавеющей стали, кремния, кварца, титана) и экспериментальные образцы катодов и анодов на имеющихся MOCVD установках.
4. Исследованы состав, структура, морфология, толщины осаждаемых слоев. Установлены взаимосвязи между режимами MOCVD процессов и характеристиками Ir, Pt покрытий.
5. Проводится подготовка ТЗ на КД на изготовление макета MOCVD установки.
6. Проведены экспериментальные исследования по методам утилизации отходов металлов платиновой группы.
7. Проводится сборка лабораторной установки для синтеза с объемами реакционных сред до 3 л.
8. Модернизирована имеющаяся MOCVD установка для работы в проточном варианте при атмосферном и пониженном давлении.
9. Проводится изготовление экспериментальных образцов анодов и катодов эндокардиальных электродов для дальнейшего нанесения покрытий из благородных металлов.
10. Разработана эскизная документация для изготовления приспособлений (оправок, держателей для образцов),
необходимых для экспериментальных работ по нанесению покрытий.
11. Изготовлены приспособления для закрепления анодов и катодов в установке для нанесения покрытий.