Томские ученые работают над «ювелирным» медицинским имплантатом

Два томских НИИ совместно с новосибирским институтом в рамках гранта РНФ ведут исследования поверхностных сплавов с памятью формы на основе титана и тантала для повышения биосовместимости медицинских изделий.

Для изготовления ортопедических, стоматологических, сердечно-сосудистых и других имплантатов используется никелид титана, обладающий способностью восстанавливать форму при изменении температуры или после снятия приложенной нагрузки. Однако никель, который составляет 50 % сплава, токсичен для человеческого организма. Поэтому ученые томского Института физики прочности и материаловедения (ИФПМ СО РАН) предложили альтернативные сплавы — титан-тантал и титан-ниобий: они также сохраняют память формы и обладают хорошей биологической адаптивностью.

«Нужно не просто нанести тантал на поверхность, надо добиться строго заданного химического состава сплава и оптимальной толщины пленки, выбрать наилучший режим нанесения, — говорит руководитель проекта, главный научный сотрудник ИФПМ СО РАН Людмила Мейснер. — После обработки мы будем изучать структуру материала и свойства новых композиционных слоев просвечивающими и сканирующими методами, рентгеновской дифракцией. Будет произведен полный комплекс исследований».

«Наша задача в рамках проекта заключается в том, чтобы на поверхности никелида титана сформировать сплав из титана и тантала в виде слоя толщиной не более двух микрон. Главное — мы должны получить сплав, совместимый со стволовыми клетками», — рассказал директор компании «Микросплав» Алексей Марков.

Он пояснил, что сплавы с требуемыми характеристиками невозможно создать традиционными способами, поэтому исследователи используют уникальную электронно-пучковую установку, созданную в другом томском институте — сильноточной электроники ИСЭ СО РАН). Электронный пучок плавит пленку и тонкий слой подложки, граница между ними размывается, в итоге сплав и подложка становятся одним целым. Такой поверхностный сплав имеет высокий уровень сцепления (адгезии) с основой и позволяет улучшать электрические, химические, механические и другие свойства изделий.

По мнению материаловедов, использование электронно-пучковой машины «Ритм-СП» позволит получить изделие с ювелирно облагороженной поверхностью и при этом стерильное.

Испытание изделий на биосовместимость со стволовыми клетками будет проводить Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН в Новосибирске. Если стволовые клетки приживутся на поверхности прототипа, результаты можно будет считать положительными. Здесь же проверят, как новый материал взаимодействует с кровью.

«Реализация проекта позволит создать безопасные для человеческого организма медицинские изделия, обладающие уникальными свойствами. Но задача стоит даже шире. Сейчас мы используем оборудование общего назначения, а по итогам экспериментов может быть принято решение об изготовлении «чистой» установки — специально для медицинских целей», — добавил Алексей Марков.

«В настоящее время мировым трендом в области использования металлических материалов с памятью формы для медицины являются безникелевые сплавы на основе титана, которые активно исследуются в США, Германии, Японии, Китае. Но, задачи, поставленные в данном проекте, направленные на создание «би-сплавов» в виде композитов из безникелевого сплава с памятью формы и никелида титана, представляют собой абсолютно новый подход в проведении фундаментальных исследовний, который позволит создать унифицированные сверхэластичные покрытия для всех металлических материалов для медицины», – подчеркивает Людмила Мейснер.

Проект, поддержанный грантом РНФ, рассчитан на три года. Организацией - координатором выступает Институт физики прочности и материаловедения СО РАН.

За последние 20 лет в мире установлено более 10 млн. кардиологических стентов: среднеевропейской нормой является 1000-1300 операций в год на 1 млн. жителей. Ежегодно в мире выполняется около 1,5 млн. операций эндопротезирования тазобедренных суставов: в США каждый год проводится около 500 тыс. таких операций, в Германии — 180 тыс., в Австралии – 34 тыс. В России совершается 30-35 тыс. операций в год при реальной потребности 300 тыс.: проблема заключается в высокой стоимости имплантатов и отсутствии отечественных импортозамещающих технологий.