Биорезорбируемые композиционные покрытия "полилактид – инкапсулированные нанотрубки галлуазита" на сплавах магния с контролируемой скоростью биодергадации и антибактериальными свойствами

Металлические биосовместимые импланты широко используются в травматологии, ортопедической и сердечно-сосудистой хирургии. Для этих целей применяют нержавеющие стали, сплавы кобальта, тантала, титана. В последнее время в исследованиях по хирургической ортопедии большое внимание уделяется биоразлагаемым материалам, использование которых не требует повторного хирургического вмешательства по удалению импланта. Основными требованиями, предъявляемыми к биодеградируемым имплантам, являются: биосовместимость, высокое соотношение механической прочности к массе, a также скорость коррозии, позволяющая обеспечить процесс ремоделирования кости. Для этих целей наиболее перспективны сплавы магния, которые характеризуются низкой плотностью, высокими значениями удельной прочности и жесткости, способностью противостоять ударной нагрузке, биобезопасностью, способностью биорезорбции и механическими свойствами, близкими со свойствами нативной кости. Однако, основной проблемой сплавов магния является их быстрая и неоднородная деградация в физиологических средах, сопровождающаяся образованием локальных дефектов и неконтролируемым выделением водорода, препятствующим восстановлению костной ткани. Для преодоления этих проблем, в настоящем проекте предлагается исследование возможности создания на магниевых сплавах бислойного нанокомпозитного покрытия на основе полилактида (ПЛА) с внешним биоактивным и внутренним барьерным слоями, содержащими минеральные наноконтейнеры на основе природных нанотрубок галлуазита (ГНТ), способных выступать в роли дозатора инкапсулированных активных веществ - биосовместимых ингибиторов коррозии и антимикробных агентов, а также армирующего нанонаполнителя, обеспечивающего комплекс улучшенных физико-механических свойств покрытия. Благодаря этому достигается возможность пролонгации скорости высвобождения активного вещества из минерального носителя и обеспечивается длительное его поддержание в матрице покрытия. Возникающий в результате пролонгированный эффект обеспечивает повышение антикоррозионной и антибактериальной защиты, переносимости и безопасности от использования антибиотиков и минимизации неспецифических побочных эффектов, в том числе, за счет уменьшения кратности их введения. Ожидается, что данный подход позволит не только обеспечить равномерное распределение активных субстанций по площади покрытия и их пролонгированное высвобождение, но и увеличить их локальную концентрацию на межфазной границе. Вследствие этого повышается их эффективность, уменьшается расход, устраняется возможное нежелательное действие на здоровые органы и ткани. Научная новизна предлагаемых подходов заключается в установлении и научном обосновании взаимосвязи между условиями формирования, структурой, составом и свойствами (электрохимическими, структурными, химико-биологическими и физико-механическими) поверхностных слоёв на биорезорбируемых магниевых сплавах, перспективных для использования в костных имплантах. Впервые будет исследован характер и особенности электрохимических процессов, протекающих на поверхности магниевых сплавов с нанокомпозитным биополимерным покрытием, содержащим загруженные ингибитором коррозии и антибактериальным агентом ГНТ. Будут разработаны методы иммобилизации биологически безвредных ингибиторов коррозии и антибактериальных агентов во внутренние полости минеральных нанотрубок галлуазита, обеспечивающие высокую степень их загрузки и пролонгированное высвобождение в условиях среды, имитирующей физиологические жидкости. Будет исследовано влияние нескольких типов поверхностной обработки ГНТ, усиливающих прочность их межфазного взаимодействия с полилактидом, и предложены оригинальные методы их включения в биополимерную матрицу, позволяющие получить композиции с равномерным распределением наночастиц по объему. Используя предварительную обработку субстрата методом микродугового оксидирования (МДО), будет исследована возможность формирования на сплавах магния нанокомпозитных биополимерных покрытий, содержащих загруженные ингибитором коррозии и антибактериальным агентом ГНТ, с повышенной прочностью адгезионного контакта ПЛА с субстратом. Определенный авторами проекта оригинальный комплексный подход обладает междисциплинарностью идеи и новизной. Создание биоактивных и антикоррозионных биополимерных нанокомпозитных покрытий подобного состава будет продемонстрировано впервые. Аналогичные данные в мировой научной литературе отсутствуют. Предполагается, что полученные в рамках реализации проекта научные результаты позволят выработать рекомендации по реализации новых методов формирования антикоррозионных биоактивных покрытий на поверхности металлических материалов для использования в имплантационной хирургии.