Металлические и металлокерамические биосовместимые
покрытия с контролируемыми топографией,
открытой пористостью и составом поверхности
Штанский Д.В.1, Батенина И.В.1, Ядройцев И.А.2, Ряшин Н.С.2, Кудряшов А.Е.1, Шевейко А.Н.1, Погожев Ю.С.1, Смуров И.Ю.2, Левашов Е.А.1
1 Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»,
2 Национальная Инженерная Школа Сент-Этьенна.
Приложение «Нанотехнологии в онкологии» к журналу «Онкохирургия» за 2012 год. Том 4, №1
Возможность установления прочной микромеханической и химической связи между поверхностью искусственного имплантата и костной тканью является одной из важнейших характеристик современных биоматериалов, предназначенных для ортопедии, реконструкционной хирургии и стоматологии. Взаимодействие поверхности имплантата с окружающими тканями – сложный динамический процесс, эффективность которого во многом зависит от химических и топографических характеристик поверхности имплантата.
Ранее было показано, что элементный состав поверхности имплантата играет важную роль на различных этапах взаимодействия остеобластов с их поверхностью, в то время как изменения рельефа поверхности в диапазоне Sq=0.4-1 мкм не оказывают существенного влияния на адгезию, пролиферацию и дифференцировку остеобластов [1].
Целью данной работы является получение и исследование покрытий с различным элементным составом и топографией поверхности в диапазоне среднеквадратичного значения шероховатости Ra=1-100 мкм. Для получения покрытий с различной шероховатостью поверхности использовались методы холодного газодинамического напыления (ХГН), селективного лазерного спекания (СЛС) и электроискрового легирование (ЭИЛ). Для изменения элементного состава, на поверхность образцов осаждалось многокомпонентное биоактивное наноструктурированное покрытие (МБНП) методом магнетронного распыления (МР) композиционной мишени.
В процессе ХГН на обрабатываемую поверхность сверхзвуковым потоком газа (500-1000 м/с) нагретым до температуры 250-500°С наносили частицы порошка титана марки Grade 2 с размером частиц 20-35 мкм. За счет реализации низких температур метод ХГН исключает окисление расплавленного материала, что позволило получить однородные поверхности в широком диапазоне параметра Ra=4-80 мкм.
Методом ЭИЛ за счет электрической эрозии и полярного переноса материала с анода (электрода) на катод (подложка-имплантат) при протекании импульсных разрядов в газовой среде были получены покрытия с шероховатостью Ra=3-8 мкм. В методе СЛС порошковый материал послойно спекался лазерным излучением. За счет варьирования расстояния между треками методом СЛС были получены покрытия с различной открытой пористостью.
Топография поверхности покрытий, полученных методами ХГН, ЭИЛ и СЛС показана на рисунке 1.
Рис. 1. Топография поверхности покрытий
С целью изменения химического состава поверхности при сохранении заданной топографии использовался метод магнетронного распыления композиционных мишеней, позволяющий наносить тонкий поверхностный слой МБНП. Это покрытие повторяет рельеф ранее сформированной поверхности. В настоящей работе в качестве финишного поверхностного слоя использовалось покрытие TiCaPCON, которое обладает хорошими биологическими характеристиками [2].
Показано, что комбинация методов ХГН, СЛС, ЭИЛ и МР позволяет получать биосовместимые покрытия с контролируемыми топографией, открытой пористостью и составом поверхности. Данные материалы предназначены для последующего изучения адгезии, пролиферации и дифференцировки остеобластов.
Работы выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки (ГК 16.513.11.3092).
- Д.В. Штанский, И.Ю. Житняк, И. А. Башкова, Ю.С. Погожев, А.Н. Шевейко, Н.А. Глушанкова, Биологические мембраны, издательство "Наука-Interperiodica", 27(4) (2010) 325-330.
- D.V. Shtansky, N.A. Gloushankova, I.A. Bashkova, M.A. Kharitonova, T.G. Moizhess, A.N. Sheveiko, F.V. Kiryukhantsev-Korneev, M.I. Petrzhik, E.A. Levashov, Biomaterials, 27 (2006) 3519-3531.