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

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
иридий; платина; прекурсоры; электрохирургические, электрофизиологические диагностические, эндокардиальные электроды; химическое осаждение из паровой фазы; покрытия

Цель проекта:
1. Проблема, на решение которой направлен реализуемый проект, связана с задачами организации производства электрофизиологических диагностических, электрохирургических электродов, которые не выпускаются в РФ в настоящее время, хотя потребность в них постоянно растет. При производстве медицинских приборов, содержащих платину, иридий или их сплав, как правило, используют объемные материалы. Замена объемного изделия из благородных металлов на более доступные, технологичные и дешевые материалы с нанесенным на них покрытием из благородного металла необходима для усовершенствования устройств, расширения функциональных характеристик, что в результате ведет к повышению их эффективности и удешевлению, а также к решению задачи импортозамещения. 2. Цель проекта - разработка методик нанесения биологически совместимых наноструктурированных металлических (Ir, Pt) и композиционных (Ir-IrO2, PtxIry) покрытий методом MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, химическое осаждение из паровой фазы) с заданными электрофизиологическими свойствами на материалы, применяемые при создании изделий и устройств медицинского назначения: электрические полюса катодов и анодов электрофизиологических диагностических, электрохирургических и эндокардиальных электродов.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основные результаты проекта:
- 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;
- образцы эндокардиальных электродов, изготовленные с применением полученных в рамках проекта покрытий с использованием макета MOCVD установки, результаты исследований характеристик указанных образцов электродов;
- проект ТЗ на ОКР по теме «Создание опытно-промышленной MOCVD установки по нанесению покрытий из благородных металлов».
Результаты работы будут использованы для отработки и внедрения технологии нанесения покрытий из благородных металлов с заданными свойствами в условиях реального производства медицинских изделий на ООО «ЭЛЕСТИМ-КАРДИО», г. Москва.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечный продукт, создаваемый в рамках проекта - прототип технологии нанесения покрытий на основе благородных металлов на полюсные наконечники (катоды и аноды) эндокардиальных электродов, включает два важных аспекта: разработку процессов осаждения Ir-, Pt-содержащих покрытий на катоды и аноды с характеристиками, обеспечивающими необходимые электрофизические параметры электродов, и создание макета MOCVD установки для осаждения покрытий с производительность до 100 образцов в едином технологическом цикле. Результаты выполнения проекта будут использованы для отработки и внедрения технологии в условиях реального производства медицинских изделий. После завершения проекта будет осуществлена передача созданного научно-технического продукта индустриальному партнеру.
2. В ходе реализации проекта разработаны методики синтеза прекурсоров иридия и платины, получены новые соединения, исследованы их физико-химические характеристики, в процессе создания макета MOCVD установки применены новые технологические решения, разработаны процессы осаждения покрытий из благородных металлов с заданными функциональными свойствами. Созданная в рамках проекта интеллектуальная собственность будет защищена патентами. Часть результатов научно-исследовательской деятельности опубликована в российских и международных рецензируемых журналах.
3. Анализ патентов и литературных данных показал, что одним из приоритетных направлении в области разработки медицинских приборов является топологическое уменьшение их размеров с сохранением функциональных характеристик. Возможность замены «объемного» материала (платины, иридия), применяемого в современных кардиохирургических устройствах, на пленочные системы необходимого состава и структуры ведет к уменьшению стоимости существующих устройств и созданию новых видов медицинской продукции. Метод MOCVD является одним из перспективных для осаждения слоев на основе платины и иридия на изделия сложной геометрии (катоды и аноды). Таким образом, разработка MOCVD процессов осаждения покрытий из благородных металлов на детали медицинских устройств соответствует мировому уровню и вызывает интерес, прежде всего у российских производителей.
4. Снижение стоимости высокотехнологичных изделий для кардиологии (электростимуляции и радиочастотной абляции) при сохранении функциональных свойств, обеспечиваемых на сегодняшний день только применением благородных металлов, будет достигнуто за счет использования вместо объемного материала покрытий из благородных металлов, нанесенных методом MOCVD. Основным риском является конкурентоспособность разрабатываемой технологии - стоимость конечного изделия не должны превышать мировые аналоги.

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. Перспективы использования результатов проекта, прежде всего в области импортозамещения, заключаются в создании научной и методологической базы для дальнейшего внедрения индустриальным партнером российской технологии производства электрофизиологических диагностических и электрохирургических абляционных электродов, которые на данный момент не производятся в России. На основе результатов данного исследования российская медицинская промышленность сможет осуществить:
- улучшение потребительских свойств существующей продукции – эндокардиальных электродов для кардиостимуляции;
- создание новых материалов, на основе которых станет возможным разработка и производство новой продукции, такой, как диагностические электроды и электроды для радиочастотной абляции.
3. Разрабатываемая технология должна решить ряд практических задач, связанных с созданием новых видов продукции и развитием новой номенклатуры медицинских изделий – катетеров, стентов с покрытиями из благородных металлов.
4. 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. Эти компании могут быть потенциальными заказчиками разрабатываемой в рамках проекта технологии либо продукции (комплектации), изготовленной с применением данной технологии, особенно в случае локализации производства в России.

Текущие результаты проекта:
Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96. Разработаны методы синтеза, выделения и очистки прекурсоров – гомо- и гетеролигандных комплексов иридия и платины с бета-дикетонатными производными (ряд соединений синтезирован впервые, методом РСА установлены кристаллохимические параметры комплексов). Проведено изучение термохимических свойств соединений в конденсированной и газовой фазах. Разработаны методы синтеза четырех прекурсоров иридия и платины в укрупненных масштабах. Предложены методы утилизации отходов металлов платиновой группы для их возврата в синтетическую цепочку. Индустриальным партнером (ООО «ЭЛЕСТИМ-КАРДИО») изготовлены аноды и катоды изделий – эндокардиальных электродов для дальнейшего нанесения покрытий из благородных металлов. Разработаны MOCVD методики осаждения Ir- и Pt-содержащих покрытий на модельные объекты, а также на образцы катодов и анодов. С использованием Ir(acac)3, Ir(cod)(acac), Ir(acac)(CO)2, Pt(acac)2 и (CH3)3Pt(acac)Py проведена серия MOCVD экспериментов по осаждению монометаллических Ir, Pt и композиционных Ir-IrO2, PtxIry покрытий в окислительной и восстановительной среде. Впервые проведены эксперименты по осаждению покрытий состава PtxIry-IrO2. Комплексом физико-химических методов исследованы структура, состав, морфология и другие характеристики покрытий, установлены зависимости этих характеристик от параметров осаждения. На основе полученных результатов подготовлено ТЗ на изготовление макета MOCVD установки. Разработана схема макета MOCVD установки. При выборе конструкции учтены особенности проведения процессов осаждения различными вариантами метода. Проведены разработка и изготовление блоков макета MOCVD установки. Произведена сборка макета в режиме ручного управления для тестирования составляющих узлов и блоков и проверки работоспособности установки в целом. Проведена проверка макета MOCVD установки совместно с вакуумной системой на герметичность: натекание установки составляет величину менее чем 5х10-3 л×Тор/с. Время откачки до минимального давления менее 20 мин (соответствуют требованиям ТЗ). Выполнены исследования электрохимических характеристик экспериментальных образцов катодов и анодов с покрытиями. Для измерения предложен ряд методик: метод циклической вольтамперометрии, метод хронопотенциометрии при импульсной подаче, метод годографа импеданса и методика измерения имметанса с использованием прибора Е7-22. Разработан и изготовлен лабораторный стенд для измерения емкости, электрического сопротивления системы электрод – раствор, электрохимически активной (или реальной) поверхности, коэффициента шероховатости, способности к накоплению заряда при поляризации электрода в области устойчивости воды. Проведены измерения удельной емкости образцов. Индустриальным партнером (ИП) выполнены исследования электрических параметров образцов катодов и анодов с покрытиями на основе благородных металлов. Сопоставление величин удельной емкости и импеданса, полученных для образцов, со значениями, которые необходимо достичь (удельная емкость ~ 2-4 мкФ/мм2), показало, что большинство полученных образцов имеют характеристики, которые удовлетворяют требованиям ИП, более того, ряд образцов обладает электрическими параметрами (~ 5-58 мкФ/мм2; импеданс ~34-95.5 Ом), которые превосходят используемые в настоящее время электроды «Элестим кардио» (импеданс 106-309 Ом) и «Биотроник» (импеданс 164-345 Ом). Выполненные исследования показали перспективность использования покрытий на основе благородных металлов в качестве материалов электродов.