Томские ученые нашли способ замедлить коррозию биомедицинских сплавов в семь раз

Ученые физического факультета Томского государственного университета разработали новый способ увеличения коррозионных свойств биосовместимого материала на основе никелида титана. Для этого впервые был применен метод высокодозной ионной имплантации: сплав облучили пучками ионов ниобия.

Как уточняют в пресс-службе вуза, в результате такого воздействия на поверхности сплава образовалась защитная оксидная пленка, которая действует как барьер, препятствующий агрессивному воздействию среды. Эксперименты подтвердили, что после ионно-пучковой обработки устойчивость сплава к коррозии в физиологическом растворе и в растворе искусственной слюны возросла семикратно. Это критически важно для имплантатов, постоянно контактирующих с биологическими жидкостями.

Научный коллектив работал со сплавами системы Ti-Ni-Cu-Zr. Это материалы с памятью формы, которые используют для создания самораскрывающихся стентов или ортодонтических дуг с заданными свойствами. Известно, что добавление циркония (Zr), меди (Cu) или ниобия (Nb) может эффективно повысить коррозионную стойкость изготавливаемых сплавов.

— Для решения поставленной задачи было предложено формировать на поверхности исходного материала металлические стекла (МС). Это уникальный материал, характеризующийся случайным неупорядоченным расположением частиц, в отличие от обычных твердых тел, где атомы расположены в строгом определенном порядке. Именно благодаря неупорядоченному расположению атомов МС характеризуются высокой коррозионной стойкостью, отличными механическими свойствами и хорошей биосовместимостью. Так что у этого материала многообещающий потенциал для применения в качестве биоматериалов, — отмечает доценты кафедры физики металлов ФФ ТГУ Марина Остапенко.

Главной задачей в рамках проекта было преодолеть ключевое ограничение — для придания такого рода сплавам со структурой «металлического стекла» традиционно требуются экстремально высокие скорости охлаждения. Этот метод позволяет получать материал со свойствами МС во всех слоях. Но изготовление такого сплава возможно лишь в виде тонких лент или покрытий, а для медицины этого недостаточно. Поэтому физики ТГУ обратились к методу ионной имплантации. Он позволяет задействовать только приповерхностные слои материала, создавая на них металлическое стекло. При этом материал сохраняет необходимый эффект памяти формы.

Высокодозному облучению пучками ионов ниобия ученые подвергли кристаллический сплав Ti-Ni-Cu-Zr. Четырехкомпонентные сплавы, содержащие данные элементы, характеризуются высокой стеклообразующей способностью. В результате обработки на поверхности сплава сформировался композитный оксидный слой, содержащий как аморфные, так и кристаллические оксиды. Этот слой защищает сплав от коррозии.

— У коррозионных испытаний есть определенный срок проведения эксперимента, обычно он длится не более полутора-двух часов. Все образцы находятся в растворах примерно одинаковое количество времени, но уровень разрушения у них в итоге будет разный. Сейчас, глядя на результаты испытаний, мы можем сказать, что срок службы сплава после высокодозной ионной имплантации увеличился в семь раз. На будущее у нас запланирован эксперимент по определению более точного срока службы такого сплава, — рассказывает магистрантом второго курса ФФ Софья Южакова.

В пресс-службе уточняют, что новый метод позволяет модифицировать поверхность изделий сложной формы. Таким образом, расширяются горизонты для создания персонализированных имплантатов и хирургических инструментов с улучшенными характеристиками.

Подписывайтесь на наш телеграм-канал «Томский Обзор».