Разработка научных основ регулирования биокоррозии и биосовместимости магниевых сплавов путем нанесения мультифункциональных оксидных покрытий методом атомно-слоевого осаждения

Магниевые сплавы благодаря своим механическим свойствам и биосовместимости являются перспективными материалами для медицинских имплантов. Основным преимуществом таких сплавов является свойство биорезорбции, т.е. постепенное разложение материала в живом организме. Данное свойство позволяет отказаться от повторного хирургического вмешательства для извлечения импланта по истечению его срока службы. Магниевые сплавы ограниченно используются в ортопедии, кардиологии, урологии в качестве временных пластин, винтов, пинов, крепежных элементов, стэнтов и т.д. Однако основным фактором, сдерживающим использование магниевых сплавов, является их чрезвычайно высокая коррозионная активность в биологических жидкостях, что приводит к преждевременной потере механической прочности имплантата до момента восстановления костной ткани и выделение значительного количества опасного для организма газообразного водорода вследствие быстрой биокоррозии. Решение данной проблемы может быть достигнуто нанесением покрытий. Однако, несмотря на множество работ и попыток, решить задачу разработки эффективного защитного покрытия, обладающего биосовместимостью и антибактериальными характеристиками, пока не удается. В данном проекте планируется разработать научные основы регулирования биокоррозии и биодеградации отечественного магниевого сплава марки МА2-1ПЧ с помощью осаждения оксидных мультифункциональных покрытий различной структуры и состава методом атомно-слоевого осаждения (АСО). В задачи проекта входит исследование процессов синтеза сложных и многослойных оксидных покрытий на основе TiO2, ZnO и Al2O3. Так как оксид титана обладает превосходной биосовместимостью, оксид цинка антибактериальными свойствами, а оксид алюминия превосходной инертностью, то, как ожидается, их правильная комбинация позволит создать мультифункциональное покрытие идеально подходящее для использования в медицинских имплантах. Комбинирование свойств и достижение мультифункциональности покрытий будет достигаться как путем синтеза сложных (смешанных) оксидных систем, так и многослойных, где верхний относительно нестабильный слой будет обеспечивать ускоренную биоинтеграцию материала, а после его растворения основную функцию будет выполнять нижний защитный, обеспечивающий относительную стабильность материала к биокоррозии. Так как толщина покрытий довольно тонкая (несколько десятков нм), то постепенно защитные способности покрытия будут снижаться и материал будет корродировать быстрее, однако к этому моменту материал уже должен выполнить свою механическую функцию импланта и может быть резорбирован. Метод АСО является одним из наиболее перспективных инструментов для решения вышепоставленной задачи, т.к. позволяет наносить сплошные, тонкие и равномерные покрытия с минимальным количеством дефектов на поверхностях сложного рельефа за счет проведения контролируемых поверхностных химических реакций. АСО идеально подходит для нанесения наноразмерных покрытий практически, обладающих превосходной адгезией а также, благодаря своей малой толщине, менее склонных к разрушению вследствие воздействия механических нагрузок. За счет самоограничивающегося и послойного характера роста, АСО позволяет прецизионно регулировать толщину и состав покрытий. В связи с этим АСО является идеальным методом для решения поставленной задачи изучения возможности регулирования биокоррозии и биодеградации магниевых сплавов путем варьирования состава, структуры и толщины покрытий. В рамках решения вышеописанной прикладной задачи мы надеемся решить и некоторые научные, такие как поиск взаимосвязи между характеристиками поверхности (состав, морфология, структура, рельеф) и функциональными биомедицинскими свойствами магниевых сплавов (характер и скорость биокоррозии, цитологический отклик, антибактериальные свойства).