Американские учёные предложили новый способ повышения биосовместимости титана, суть которого состоит в нанесении на поверхность материала тантала и магния. Разработанная методика также позволила существенно увеличить твёрдость поверхности титана. Результаты исследования опубликованы в последнем номере журнала ACS Applied Materials and Interfaces.

Титан и его сплавы обладают высокой прочностью, стойкостью к коррозии, хорошей совместимостью с биологическими клетками, и поэтому широко используются для изготовления различных имплантатов. Однако у этих материалов есть определённый недостаток – они не очень хорошо срастаются с костными тканями. Со временем (после 10–15 лет) соединение кости с таким имплантатом ухудшается, и приходится проводить дополнительные операции по его восстановлению. Для обеспечения высокого срока службы подобных изделий необходимо позаботиться о качественном сцеплении костной ткани с протезом.

Согласно исследованиям учёных при установке имплантата происходит постепенная регенерация кости на его поверхности, к ней притягиваются клетки-строители костной ткани – остеобласты. Именно поэтому структура и состав поверхности протеза непосредственно влияют на рост и развитие костной ткани. Присоединение к поверхности имплантата биоактивных веществ, которые будут положительно влиять на рост этих клеток-строителей, может существенно улучшить качество изделия.

Американские исследователи из Вашингтонского государственного университета предложили модифицировать титан двумя различными биоактивными материалами. Первый представлял собой чистый тантал, который очень стоек к коррозии и согласно ранним исследованиям этих учёных служит отличной средой для присоединения и развития остеобластов. В качестве второго материала был выбран оксид магния.

Магний – один из важнейших микроэлементов в человеческом организме. Давно известно, что примерно половина всего количества магния, присутствующего в организме, содержится в костях, а сам этот элемент способствует усвоению кальция.

Нанесение описанных биоактивных покрытий происходило следующим образом. На чистые титановые подложки с помощью лазера осаждался тантал, который образовывал достаточно ровное покрытие толщиной 1.5 мм. Вслед за этим на покрытие наносился предварительно смешанный со связующим веществом порошок оксида магния. Затем этот порошок плавился лазером, в результате чего на поверхности образовывались разветвлённые структуры оксида магния.

Чтобы оценить биологическую совместимость полученного покрытия, учёные выращивали культуры остеобластных клеток на трёх различных подложках: пластинках из чистого титана, титана с танталовым покрытием и титана с покрытием из тантала и магния. Исследования культур на 3 и 7 день показали, что на титане с танталом, а также титане с покрытием из тантала и магния распространение клеток было выше, чем у необработанной подложки. А на 11 день было обнаружено, что покрытие с магнием и танталом лучше остальных способствует росту и развитию клеток.

Представленный метод улучшения титанового имплантата обладает ещё одной замечательной особенностью. Внедрение оксида магния и нанесение танталового покрытия в 4 раза увеличило твёрдость поверхности титановой подложки. Учёные намереваются продолжать дальнейшие исследования – они считают, что у данного метода большое будущее.

Источник информации:

Mangal Roy, Vamsi Krishna Balla, Amit Bandyopadhyay and Susmita Bose MgO-Doped Tantalum Coating on Ti: Microstructural Study and Biocompatibility Evaluation. – ACS Applied Materials and Interfaces. – 2012. – 4 (2). – pp. 577–580.