КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 21-73-10148

НазваниеМногофункциональные биодеградируемые покрытия нового поколения для контроля процессов резорбции материалов на основе магния: механизм самозалечивания, персонализированная медицина

РуководительГнеденков Андрей Сергеевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук, Приморский край

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2021 - 06.2024 

Конкурс№61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-402 - Электрохимия и коррозия металлов

Ключевые словаГибридные покрытия, плазменное электролитическое оксидирование, биоактивность, механизм коррозионной деградации, защитные свойства, ингибитор коррозии, сканирующий вибрирующий зонд, сканирующий ионоселективный электрод, биорезорбируемые сплавы магния, гетерогенный коррозионный процесс, функциональный материал, чистый магний, аддитивные технологии, биодеградируемые имплантаты, самозалечивание

Код ГРНТИ31.15.33


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
В последние годы большое внимание уделяется улучшению качества жизни населения, средней её продолжительности, повышению уровня медицинской помощи, созданию оптимальных условий для восстановления здоровья людей. Травматизм является одной из наиболее частых причин временной нетрудоспособности и смертности населения. Помимо этого, ущерб от травматизма в мире вызывает существенные экономические затраты. Для лечения и восстановления целостности костной ткани в случае сложных переломов используются металлические имплантаты (остеофиксаторы) в виде пластин, штифтов и винтов, необходимых для фиксации костных фрагментов в определенном положении и их срастания. Особое внимание в последнее время уделяется разработке временно устанавливаемых биорезорбируемых имплантатов. Такие изделия выполняют свою функцию в течение периода реабилитации, а затем растворяются в организме. Использование такого материала в хирургии позволит избежать повторных операций для извлечения выполнившего свою функцию имплантата. В мире многими научными группами ведутся работы, направленные на создание новых биоактивных и биорезорбируемых имплантатов на металлической основе. Благодаря уникальным механическим характеристикам, близким по значениям к параметрам костной ткани, Mg-содержащие изделия рассматриваются как идеальные кандидаты на роль временных биорезорбируемых имплантатов. Учитывая высокую коррозионная активность магния и его сплавов в различных средах, применение таких материалов в среде человеческого организма может быть ограничено преждевременным растворением временного имплантата до момента полной реабилитации пациента. Присутствие в составе магниевых сплавов различных фаз, интерметаллических включений, обладающих различной коррозионной активностью, приводит к возникновению гальванопар, ускоряющих коррозию изделия. Для снижения скорости биодеградации магнийсодержащих материалов необходимо создание защитного слоя на их поверхности. Это возможно только в случае установления взаимосвязи между условиями формирования защитного слоя и его электрохимическими, морфологическими характеристиками. Модифицированный биоактивный слой на поверхности биорезорбируемого материала должен защищать временный имплантат в течение определенного фиксированного периода, предназначенного для лечения травмы, ускоряя рост костной ткани. Срок службы такого изделия будет зависеть от тяжести перелома и будет регулироваться технологическими режимами нанесения защитного слоя. Учитывая, что одной из задач мировой науки является обеспечение требуемых свойств изделий, используемых в различных областях (в том числе в сфере имплантационной хирургии, персонализированной медицины), данный проект направлен на разработку физико-химических основ и способов формирования на поверхности магнийсодержащих материалов гибридных антикоррозионных покрытий с использованием метода плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) и последующей его модификацией ингибиторами коррозии и полимерным материалом. Метод плазменного электролитического оксидирования – один из перспективных и востребованных способов нанесения оксидных слоев с широким спектром функциональных свойств. Методом ПЭО можно формировать кальций-фосфатные слои (в том числе содержащие гидроксиапатит), позволяющие достичь необходимую биосовместимость имплантата и ускорить остеогенез. Тем не менее данные покрытия не защищают Mg-сплав от коррозии в должной степени. Одной из основных причин коррозионной активности в этом случае является наличие макро- и мезопор в защитном покрытии, сквозь которые коррозионно-активные компоненты диффундируют к подложке. Вместе с тем, этот недостаток ПЭО-слоя можно обратить в преимущество. Наличие пористого внешнего слоя позволяет использовать его в качестве контейнера для материалов или веществ, оказывающих ингибирующее действие на коррозионный процесс магниевого сплава. Более того, для создания надежного защитного слоя, сохраняющего биоактивные свойства магнийсодержащего материала, необходимо дозировано сужать или запечатывать поры в поверхностной части ПЭО-покрытия. Одним из путей решения данной задачи является модификация ПЭО-слоя, обеспечивающая формирование композиционного коррозионностойкого биоактивного покрытия, ограничивающего доступ коррозионноактивной среды к материалу, с одной стороны, и ускоряющего рост костной ткани, с другой. Присутствие в составе ПЭО-слоя такого биоактивного компонента как гидроксиаппатит будет способствовать росту костной ткани и улучшению биосовместимости имплатационного материала в организме человека. Присутствие ингибитора коррозии в составе защитного слоя придаст активную защиту материалу при повреждении покрытия, а также обеспечат антибактериальными свойствами поверхность временного имплантата. Актуальность данного проекта обусловлена необходимостью разработки способов формирования на поверхности магниевых сплавов и чистого магния гибридных антикоррозионных биоактивных покрытий, позволяющих сохранить механическую прочность и целостность имплантата в течение времени, необходимого для срастания кости и восстановления ее функций, и способствующих процессам остеогенеза, протекающим в период реабилитации. В настоящее время особый интерес представляют магниевые сплавы, легированные нетоксичными для организма элементами, например, кальцием, марганцем. Благодаря присутствию данных элементов в организме человека (кальций является основным элементом костной ткани; марганец необходим для поддержания здоровой структуры костей, влияет на функцию иммунной системы, свертывание крови, регуляцию клеточной энергии и синтез нейромедиаторов; магний является составной частью абсолютно всех тканей и клеток организма человека), магниевые сплавы, легированные нетоксичными для человеческого организма компонентами, обладают высокой биосовместимостью и являются перспективными для использования в имплантационной хирургии в качестве биорезорбируемого материала. В последние годы наблюдается развитие персонализированной медицины, ведется разработка способов быстрого изготовления имплантата, индивидуально подходящего для конкретного пациента, учитывая его анатомические и физиологические особенности, а также уровень повреждения кости вследствие получения травмы. Прогресс в области аддитивных технологий напрямую способствует развитию возможностей создания индивидуальных имплантатов различной геометрии. В данной работе объектами исследования будут выступать биосовместимые магниевые сплавы и чистый магний, полученный с использованием аддитивной технологии – лазерной порошковой наплавки. Разработка новых материалов, представляющих собой гибридные покрытия, состоящие из антикоррозионного биоактивного слоя, полученного методом ПЭО, импрегнированного ингибитором коррозии, обеспечивающего активную защиту от коррозии и обладающего антибактериальным действием, а также биоинертного полимерного материала позволит существенным образом расширить область практического применения материалов на основе магния и сделает их реальными и перспективными кандидатами для использования в имплантационной хирургии. Таким образом, в ходе реализации проекта будут разработаны многофункциональные композиционные полимерсодержащие защитные покрытия, импрегнированные биоингибитором, на поверхности биорезорбируемых сплавах магния и образцах магния, полученных с использованием аддитивных технологий. Следует отметить, что направленное формирование биоактивных антикоррозионных покрытий на поверхности биорезорбируемого магнийсодержащего материала для имплантационной хирургии возможно лишь при тщательном изучении их свойств новыми локальными (Scanning Vibrating Electrode Technique (SVET), Scanning Ion-Selective Electrode Technique (SIET)) и традиционными электрохимическими методами: 1) характера и особенностей электрохимических процессов, протекающих на поверхности материалов на основе магния; 2) механизма биорезорбции материалов в условиях in vitro; 3) влияния продуктов коррозии, образующихся на поверхности, на скорость биорезорбции имплантационного материала; 4) влияния формируемых поверхностных слоев на интенсивность и механизм коррозионного процесса. Таким образом, предлагаемые подходы позволят разработать способы направленного формирования на магнийсодержащих материалах гибридных биоактивных покрытий, обладающих антибактериальными свойствами, функцией самозалечивания и обеспечивающих необходимую скорость биорезорбции имплантационного материала в среде организма, а также ускоряющих остеогенез. Предлагаемые подходы в области формирования и исследования электрохимических свойств оксидных структур не уступают мировому уровню, а в применении к исследованию гетероструктур, сформированных на биорезорбируемых магнийсодержащих материалах методом плазменного электролитического оксидирования, являются новаторскими. Научная новизна предлагаемых подходов заключается в установлении и научном обосновании взаимосвязи между условиями формирования, составом и электрохимическими свойствами поверхностных слоёв на сплавах магния и чистого магния, полученного с помощью аддитивных технологий, перспективных для использования в имплантационной хирургии. Впервые с использованием локальных сканирующих электрохимических методов исследования поверхности (SVET, SIET) в сочетании с традиционными методами оценки скорости коррозии будет изучена гетерогенность магнийсодержащих материалов с гибридными покрытиями (в том числе сформированными с использованием ПЭО), а также стадийность и механизм биорезорбции в условиях in vitro. Решение задачи проекта, посвященной разработке новых стратегий активного управления кинетикой биорезорбции магнийсодержащих имплантатов позволит увеличить эффективность использования изделий в сфере биомедицины, что в свою очередь будет способствовать развитию внутреннего рынка продуктов РФ.

Ожидаемые результаты
В процессе выполнения проекта будут разработаны способы снижения скорости биорезорбции (вследствие коррозионной деградации) магнийсодержащих материалов, перспективных для имплантационной хирургии. Основы регулирования резорбции материла будут выявлены посредствам изучения характера изменения состояния поверхности вследствие протекания электрохимических реакций и адсорбционно-десорбционных процессов. Постоянно- и переменнотоковыми методами (электрохимическая импедансная спектроскопия, потенцодинамическая поляризация) будут получены уникальные данные об уровне коррозионных токов как в условиях свободной коррозии, так и при поляризации в растворах, имитирующих среду человеческого организма. С использованием взаимодополняющих современных локальных сканирующих зондовых электрохимических методов исследования поверхности: метода сканирующего вибрирующего зонда (SVET – Scanning Vibrating Electrode Technique) и метода сканирующего ионоселективного электрода (SIET – Scanning Ion-Selective Electrode Technique) будет установлено электрохимическое (коррозионное) поведение исходного материала, его гетерогенность, а также покрытий, сформированных методом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО), и гибридных слоев на поверхности магниевых сплавах, содержащих кальций и марганец, и чистого магния, полученного методом трехмерной печати. Анализ коррозионной стойкости позволит подобрать условия формирования, состав, строение защитных поверхностных слоев, обнаружить и изучить зоны гетерогенности, а также установить особенности морфологии поверхностного ПЭО-слоя и гибридного полимерсодержащего покрытия, импрегнированного ингибитором. Будут разработаны научные основы формирования защитных покрытий на поверхности биорезорбируемых материалов на основе магния методом ПЭО. Будет проведена сравнительная оценка особенностей протекания коррозионного процесса на микроуровне на образцах сплавов с различным типом поверхностной обработки. Определение физико-химических характеристик гетерослоев на поверхности магниевых сплавов будет способствовать корректировке и оптимизации составов электролита и режимов ПЭО. Будут установлены и изучены особенности протекания процесса коррозии материалов на основе магния с гибридным ПЭО-покрытием в физиологическом растворе, близкому по составу к среде человеческого организма. Используемый комплексный подход, основанный на знании механизма коррозионного разрушения, обусловленного гетерогенностью материала, обеспечит возможность направленного формирования покрытий с заданными характеристиками. Полученные результаты найдут применение в промышленной реализации технологий поверхностной обработки материалов для нужд имплантационной хирургии и персонализированной медицины. На основе анализа и обобщения экспериментальных результатов, полученных в ходе выполнения проекта, будет установлена перспективность использования покрытий нового поколения в имплантационной хирургии, посредством изучения взаимосвязи между условиями формирования, составом и электрохимическими свойствами гетерогенных поверхностных структур имплантационных материалов. Будет установлено влияния биологически безвредных ингибиторов коррозии и полимера, находящихся в составе поверхностного слоя, на электрохимические свойства композиционных покрытий на магниевых сплавах. Будут выявлены и изучены особенности протекания процесса биорезорбции материалов на основе магния с гибридным покрытием в физиологическом растворе, близкому по составу к среде человеческого организма. Будут установлены принципы формирования защитных полимерсодержащих покрытий, импрегнированных ингибитором коррозии, на поверхности материалов на основе магния, перспективных для использования в имплантационной хирургии (на примере сплавов магния с кальцием, магния с марганцем, образцов чистого магний, формируемых по аддитивной технологии). Будут созданы новые научные подходы к повышению коррозионной стойкости материалов, применяемых в имплантационной хирургии. Установленная взаимосвязь между условиями формирования, гетерогенностью по составу, электрохимическими свойствами многофункциональных гибридных покрытий позволит прогнозировать и регулировать уровень защитных свойств поверхностных слоев в биологических коррозионно-активных средах. В ходе выполнение данного проекта, будут проведены исследования физико-химических особенностей коррозии магниевых имплантатов, обобщение полученных результатов, подготовка материалов для опубликования и обнародования результатов исследования. В частности, будет поведено исследование кальцийсодержащего сплава магния, на примере биорезорбируемого сплава Mg0.8Ca, марганецсодержащего сплава МА8 и чистого магния (> 99 масс. %), полученного с использованием аддитивной технологии – лазерной порошковой наплавки, перспективных для использования в имплантационной хирургии. Будут предложены методы формирования защитных покрытий на основе метода ПЭО. Электрохимические и антикоррозионные свойства сформированных поверхностных слоёв будут тщательно изучены. Будет установлено влияние состава и характера гетерогенности магнийсодержащих материалов на их коррозионную активность. Новизна данного проекта основана на исследовании кинетики и механизма коррозионных процессов в условиях in vitro биорезорбируемых материалов на основе магния современными локальными сканирующими методами исследования поверхности SVET и SIET. Метод сканирующего вибрирующего зонда (SVET) позволяет фиксировать локальные изменения плотности тока, благодаря разности потенциалов на поверхности в результате движения ионов между катодными и анодными участками. Данный метод стал одним из наиболее эффективных и широко используемых для изучения коррозионных процессов на поверхности материалов. Метод сканирующего ионоселективного электрода (SIET) позволяет проводить микропотенциометрические измерения с использованием ионоселективных микроэлектродов. С помощью SIET метода можно получить информацию о локальной концентрации определенных ионов (H+, Cl-, Mg2+, Na+ и т.д.) в растворе при квазипостоянном расстоянии между микроэлектродом и активной исследуемой поверхностью материала. В данном проекте будет установлено локальное изменение концентрации ионов водорода (pH среды), обусловленное протеканием коррозионных процессов на поверхности магния и его сплавов. Использование данных методов для определения электрохимической активности поверхностных слоёв на биосовместимых сплавах магния и чистом магнии, получаемом по аддитивной технологии, является целесообразным, учитывая высокую вероятность протекания интенсивных локальных коррозионных процессов на поверхности изучаемого материала. Создание гибридных покрытий будет реализовано путем введения в пористую часть покрытия ингибитора коррозии, совместимого с организмом человека (на примере олеата натрия, бензотриазола, 1,2,3- триазола), обладающего антибактериальными свойствами и снижающим вероятность интенсивных электрохимических процессов на поверхности имплантата. Для регулирования скорости биодеградации материала ПЭО-слой будет дополнительно модифицирован с использованием биоинертного материала (на примере, поликапролактона, поливинилиденфторида, ультрадисперсного политетрафторэтилена), в качестве компонента композиционного покрытия. В результате обработки ПЭО-покрытия полимерным материалом становится возможным контролируемое заполнение пор ПЭО-слоя, что приводит не только к улучшению антикоррозионных свойств материала, но и обеспечивает биологического активность и контролируемую биорезорбцию магниевого имлантата. Создание новых научных подходов к повышению коррозионной стойкости биосовместимых материалов, применяемых в имплантационной хирургии, соответствует современным тенденциям в организации фундаментальных и прикладных исследований, а по степени оригинальности и новизне используемых методов и материалов находится в авангарде современной науки о материалах. Таким образом, результаты работ по проекту будут иметь как фундаментальную, так и прикладную значимость. По результатам проекта будут опубликованы работы в ведущих рецензируемых научных изданиях данного направления, индексируемых в системах цитирования Web of Science, Scopus, РИНЦ (например, Corrosion Science, Materials, Surface & Coatings Technology и др.). Успешное выполнение проекта даст возможность разработать критерии оценки, рекомендации, технологические решения и технические требования по реализации новых методов формирования многофункциональных гибридных покрытий на поверхности имплантационных материалов для внедрения технологии в реальный сектор экономики.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В отчетный период (2021-2022 г) выполнены следующие работы: Проведены исследования, направленные на формирование антикоррозионных биологически активных гибридных покрытий на поверхности бирезорбируемого магниевого сплава системы Mg-Mn и образца магния, изготовленного методом лазерной порошковой наплавки, с целью повышения коррозионной стойкости обрабатываемого имплантационного материала. Разработаны электролитические системы для проведения процесса ПЭО с целью формирования покрытий на магниевых сплавах c морфологией поверхности, подходящей для импрегнирования ингибитора коррозии. Подобраны безвредные для человека ингибирующие вещества, обладающие антибактериальными свойствами (олеат натрия и бензотриазол), пригодные для защиты от коррозии перспективных в биомедицине магниевых сплавов. Отработан способ импрегнирования ингибиторов в пористую структуру ПЭО-покрытия. Разработаны способы усиления антикоррозионных свойств покрытий и удержания ингибиторов в порах покрытия, за счет запечатывания пор поверхностного слоя наноразмерными полимерными материалами (на примере биосовместимого биодеградируемого полимерного материала поликапролактона), с целью обеспечения необходимого уровня и продолжительности периода коррозионной защиты. Внесены корректировки и проведена оптимизация способа формирования гибридного покрытия на основании всестороннего анализа коррозионного поведения биорезорбируемого магниевого сплава. Принято участие (с 7 докладами) в работе пяти международных и всероссийских конференций и симпозиумов. Результаты исследований, полученных в ходе первого года реализации проекта Российского научного фонда, были опубликованы в 5 статьях, две из которых принадлежат к изданиям, входящих в первый квартиль (Q1). Получены следующие научные результаты: В ходе выполнения работ по плану первого года данного проекта РНФ были проведены исследования по созданию способа модификации поверхности биорезорбируемого магниевого сплава (на примере МА8 – система Mg-Mn, а также магния, полученного по аддитивной технологии – AT-Mg) путём формирования гибридных покрытий, содержащих органические биосовместимые ингибиторы коррозии и биорезорбируемый полимерный материал с целью снижения скорости его деградации за счет функции активной защиты от коррозии пролонгированного действия. В результате проведения исследования было получено следующее: 1. подобраны состав электролита и параметры режима оксидирования исследуемых материалов. В результате проведения процедуры плазменного электролитического оксидирования на поверхности МА8 и AT-Mg было получено прочное биосовместимое керамикоподобное покрытие с развитой поверхностью. Показано, что гетерогенность поверхности (включая наличие открытых пор) является подходящей для заполнения модифицирующими агентами – биосовместимыми ингибиторами коррозии и полимерным материалом. Методом рентгенофазового анализа в составе покрытий были обнаружены магний, периклаз и форстерит; 2. были выбраны безвредные для человека ингибирующие вещества (обладающие в том числе антибактериальными свойствами) пригодные для защиты от коррозии перспективных в биомедицине магниевых сплавов. На примере бензотриазола (Btr, Б) и олеата натрия (NaOl, ОН) был подобран и оптимизирован способ наиболее эффективного импрегнирования пор ПЭО-слоя ингибиторами коррозии, а также снижения скорости его выхода из гетерооксидной матрицы путём обработки полученных композиционных покрытий биорезорбируемым полимерным материалом – поликапролактоном. Представлены способы создания гибридных покрытий путём последовательного импрегнирования базового ПЭО-слоя NaOl/Btr в различных концентрациях и ПКЛ (ГП-ОН 0,05-2, ГП-ОН 0,1-2, ГП-Б 0,05-2, ГП-Б 0,1-2), а также одностадийным нанесением NaOl/Btr ПКЛ и ПКЛ из раствора на основе дихлорметана (ГП-ОН 0,05-1, ГП-ОН 0,1-1, ГП-Б 0,05-1, ГП-Б 0,1-1); 3. методом рентгенофотоэлектронной спектроскопии, а также конфокальной рамановской микроспектроскопии установлен состав сформированных поверхностных композиционных ингибиторсодержащих слоёв и подтверждено наличие олеата натрия и бензотриазола, а также установлено на микроуровне их распределение по поверхности покрытий; 4. установлен уровень коррозионной защиты магниевого сплава МА8 и AT-Mg путём проведения электрохимических испытаний методами потенциодинамической поляризации и электрохимической импедансной спектроскопии. Показано, что среди олеатсодержащих покрытий, сформированных на сплаве магния МА8, наилучшей коррозионной стойкостью обладают покрытия ГП-ОН 0,1-2 (наибольшая зафиксированная величина модуля импеданса |Z|f=0,1Гц составила 1140200 Омˑсм2, плотность токов коррозии и значение поляризационного сопротивления после выдержки в агрессивной среде в течение 24 ч составили, соответственно, IC = 2,98ˑ10-9 А‧см-2, Rp = 2,99ˑ107 Ом‧см2). Сравнительный анализ результатов электрохимических испытаний бензотриазолсодержащих покрытий позволил установить наилучшие барьерные свойства у покрытий ГП-Б 0,1-1 (|Z|f=0,1Гц = 699190 Омˑсм2, IC=3,02ˑ10–8А‧см-2, Rp = 1,84ˑ106 Ом‧см2). Для покрытий, полученных на AT-Mg, наилучшими защитными свойствами характеризуются олеатсодержащие гибридные покрытия AT-Mg+ГП ОН (|Z|f=0,1Гц = 55630 Омˑсм2, IC = 3,71ˑ10–8 Аˑсм–2); 5. проведена оценка электрохимического поведения гибридных покрытий ГП-ОН 0,1-2 и ГП-Б 0,1-1 в процессе выдержки в растворе, имитирующем плазму крови человека (раствор Хэнкса). Олеат- и бензотриазолсодержащие поверхностные слои характеризуются стабильностью коррозионного поведения в течение 7 суток выдержки в исследуемой среде. Это может свидетельствовать о том, что сформированные покрытия могут обеспечить уровень коррозионной защиты, необходимый и достаточный для обеспечения механической целостности хирургического имплантата в течение начального периода формирования костной ткани – фазы костеобразования (7-10 суток с момента перелома); 6. проведены волюмометрические и гравиметрические испытания, анализ результатов которых позволил подтвердить результаты, полученные традиционными электрохимическими методами. Образцы с ГП-ОН 0,1-2 характеризуются наименьшим объёмом выделившегося водорода (VH2 = 85 мкл/см2) и наименьшей потерей массы (0,0132±0,0026 мг·см–2·день–1) среди всех исследуемых слоёв; 7. методом ВЭЖХ было установлено, что запечатывание пор ПЭО-покрытия полимерным материалом способствует существенному снижению количества ингибитора, диффундирующего в коррозионно-активный раствор. Это подтверждает эффективность предложенного способа модификации поверхности биорезорбируемых магниевых сплавов; 8. на основании результатов комплексного анализа, приведённого в рамках данного исследования, установлена взаимосвязь состава, структуры и свойств гибридных покрытий на магниевых сплавах и магнии, полученном с помощью аддитивной технологии, с составом электролитов и режимами плазменного электролитического оксидирования. Показана эффективность использования гибридных антикоррозионных биологически активных ПЭО-покрытий, содержащих в пористой части биорезорбируемый полимерный материал - поликапролактон и биосовместимый ингибитор коррозии (олеат натрия и бензотриазол), для обеспечения необходимого уровня и продолжительности периода коррозионной защиты и контролируемой биодеградации изделий биомедицинского назначения из магния и его сплавов. В отчетный период реализации проекта (2021-2022 г) результаты НИР были опубликованы в научных журналах, таких как, Journal of Magnesium and Alloys (Q1), Journal of Molecular Liquids (Q1), Цветные металлы (Q2), индексируемых в базах данных “Сеть науки”, Scopus и РИНЦ, а также Вестник ДВО РАН (РИНЦ) для ознакомления российской и международной общественности. Результаты исследований, полученных в ходе выполнения гранта Российского научного фонда № 21-73-10148, были освещены на пяти международных и всероссийских конференциях и симпозиумах.

 

Публикации

1. Гнеденков А.С., Ломако С.В., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Желудкевич М.Л., Гнеденков С.В. Фундаментальные аспекты локальной коррозии магниевых сплавов, перспективных для имплантационной хирургии Цветные металлы, Выпуск 12, Страницы 47 - 522021 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.17580/tsm.2021.12.07

2. Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Егоркин В.С., Устинов А.Ю., Сергиенко В.И., Гнеденков С.В. The detailed corrosion performance of bioresorbable Mg-0.8Ca alloy in physiological solutions Journal of Magnesium and Alloys, Available online 29 December 2021 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.jma.2021.11.027

3. Гнеденков А.С., Филонина В.С., Синебрюхов С.Л., Сергиенко В.И., Гнеденков С.В. Гибридные полимерсодержащие покрытия, импрегнированные ингибитором коррозии, для защиты биорезорбируемых магниевых имплантатов Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук, номер 5(219), стр. 56-64 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.37102/0869-7698_2021_219_05_05

4. Машталяр Д.В., Надараиа К.В., Белов Е.А., Имшинецкий И.М., Кирюхин Д.П., Синебрюхов С.Л., Бузник В.М., Гнеденков С.В. Synthesis of polymeric system based on polyethylene oxide and tetrafluoroethylene telomers to obtain films with switchable wettability Journal of Molecular Liquids, Volume 350, 15 March 2022, 118225 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.118225

5. Подгорбунский А.Б., Имшинецкий И.М., Машталяр Д.В., Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Использование синтетического наноразмерного гидроксиапатита для формирования биоактивных антикоррозионных покрытий на магнии Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук, номер 5(219), стр. 43-55 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.37102/0869-7698_2021_219_05_04

6. - В России создали модель деградации материалов имплантатов в организме ТАСС НАУКА, - (год публикации - )

7. - ХИМИКИ СОЗДАЛИ МОДЕЛЬ ДЕГРАДАЦИИ МАТЕРИАЛОВ ИМПЛАНТАТОВ В ЖИДКОСТЯХ ОРГАНИЗМА Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/) Научная Россия, - (год публикации - )

8. - Химики создали модель деградации материалов имплантатов в жидкостях организма Поиск, - (год публикации - )

9. - Химики создали модель деградации материалов имплантатов в жидкостях организма Nano news net, - (год публикации - )

10. - Химики создали модель деградации материалов имплантатов в жидкостях организма Об этом сообщает "Рамблер". Далее: https://news.rambler.ru/tech/48104142/?utm_content=news_media&utm_medium=read_more&utm_source=copylink Рамблер, - (год публикации - )

11. - Химики создали модель деградации материалов имплантатов в жидкостях организма Indicator, - (год публикации - )

12. - Исследователи выяснили, как деградирует материал имплантатов в жидкостях организма Научно-популярный журнал Машины и механизмы ММ, - (год публикации - )

13. - Ученые продолжают работу над созданием материалов для имплантатов RU24pro, - (год публикации - )

14. - Российские ученые создали модель деградации материалов имплантатов в организме РНФ, - (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В период второго года реализации проекта РНФ №21-73-10148 (2022-2023 гг.) выполнены следующие научно-исследовательские работы, направленные на создание надежной антикоррозионной защиты биодеградируемых материалов на основе магния: Разработаны способы введения биосовместимых ингибиторов коррозии (на примере бензотриазола) в состав гибридного покрытия с использованием микрокапсул (на примере нанотрубок галуазита), служащими контейнерами для контролируемого выхода ингибитора из состава покрытия, сформированного методом плазменного электролитического оксидирования при инициации коррозионной деградации сплава магния (на примере сплава магния системы Mg-Mn) и магния (на примере образца магния, изготовленного по аддитивной технологии методом лазерной порошковой наплавки). С помощью локальных сканирующих электрохимических методов (сканирующего вибрирующего электрода – SVET, сканирующего ионоселективного электрода – SIET) установлен механизма коррозионного процесса сплава магния с гибридными ингибитор- и/или полимерсодержащими компонентами (на примере поликапролактона). Проведен комплекс электрохимических испытаний в условиях in vitro (на примере раствора Хэнкса и 0,9 масс. % раствора NaCl) в физиологическом растворе по ионному составу наиболее близком к плазме человеческой крови. Установлено влияния защитных антикоррозионных гибридных покрытий и продуктов коррозии, образующихся на поверхности биорезорбируемого сплава на скорость биодеградации материала. Внесены корректировки и проведена оптимизация способа формирования гибридного слоя на поверхности биодеградируемого магниевого сплава и аддитивного магния на основании анализа результатов, полученных с использованием электрохимических методов исследования (SVET/SIET/EIS/PDP). Принято участие (с 9 докладами) в работе семи международных и всероссийских конференций и симпозиумов. Результаты исследований, полученные в ходе второго года реализации проекта РНФ, были опубликованы в 11 статьях, две из которых принадлежат к изданиям, входящих в первый квартиль (Q1). Получены следующие научные результаты: В ходе выполнения работ по плану второго года данного проекта РНФ были разработаны способы антикоррозионной защиты биодеградируемых магниевых сплавов (на примере сплава МА8) и образца магния, изготовленного методом лазерной порошковой наплавки (DLD-Mg), с помощью многофукциональных гибридных защитных слоев, содержащих нанотрубки галлуазита, загруженные ингибитором коррозии бензотриазолом, в биорезорбируемой полимерной матрице поликапролактона, с целью улучшения барьерных свойств исследуемых материалов для дальнейшего практического применения в качестве имплантата. В результате проведения экспериментов было получено следующее: 1. были подобраны состав электролита и режим обработки магниевого сплава МА8 методом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО). Методом ПЭО на поверхности материала было сформировано пористое керамикоподобное покрытие, содержащее периклаз (MgO) и форстерит (Mg2SiO4). Показано, что все элементы, входящие в состав соединений поверхностного слоя, являются микроэлементами человеческого тела, что свидетельствует о биосовместимости полученных покрытий. Установлено, что морфология поверхности ПЭО-покрытия позволяет провести дальнейшую функционализацию за счет направленного импрегнирования модифицирующими агентами; 2. в качестве наноконтейнеров для ингибитора в составе поверхностного слоя были выбраны галлуазитные нанотрубки (ГНТ). Был определён оптимальный способ импрегнирования ГНТ ингибитором коррозии бензотриазолом (БТА), и их введения в матрицу биорезорбируемого полимерного материала – поликапролактона (ПКЛ). По итогам проведения исследований на поверхности магниевого сплава МА8 на базе ПЭО-слоя были сформированы гибридные покрытия, содержащие травленые (для увеличения объема внутренних полостей – внутренний диаметр изменяется от 10 до 17 нм) и нетравленые ГНТ, загруженные БТА в составе полимерной матрицы ПКЛ (ГП-ГНТ-Т-БТА и ГП-ГТ-БТА соответственно), а также композиционное покрытие, содержащие ПКЛ и ГНТ без ингибитора для оценки эффективности ингибитора; 3. с использованием комплекса взаимодополняющих методов был определён элементный и химический состав сформированных защитных слоев и установлено равномерное распределение наноконтейнеров с ингибитором по толщине гибридных покрытий; 4. установлен уровень антикоррозионной защиты образцов из сплава МА8 и DLD-Mg с различными типами покрытий путем электрохимических испытаний методами потенциодинамической поляризации и электрохимической импедансной спектроскопии. Выявлено, что наилучшую коррозионную стойкость при долговременной выдержке в растворе Хэнкса (Hanks's Balanced Salt Solution – HBSS) проявляют образцы сплава МА8 с гибридным покрытием (образец ГП-ГНТ-Т-БТА: |Z|f=0.1Гц = 1020000 Ом·см2, IC= 9,8·10–9 А·см2, Rp = 2,4·106 Ом·см2 (после 24 ч выдержки)). Было также установлено существенное улучшение барьерных свойств образца магния, полученного по аддитивной технологии, в результате формирования на его поверхности гибридного покрытия (увеличение |Z|f=0.1Гц в 19 раз с 1833 Ом·см2 для образца с ПЭО-слоем до 34922 Ом·см2 для ГП-ГНТ-Т-БТА); 5. методами волюмометрии и гравиметрии была оценена скорость коррозии на основании определения уровня выделившегося водорода и потери массы образцов после 7 сут выдержки в 0,9% растворе хлорида натрия. Для образцов ГП-ГНТ-Т-БТА был зафиксирован наименьший объём выделившегося водорода (VH2 = 0,13 мл/см2), наименьшая потеря массы (0,07 мг·см–2·день–1) и наименьшая скорость коррозии (0,14 мм/год) среди всех протестированных образцов; 6. методами SIET и SVET была оценена локальная электрохимическая активность образцов с исследуемыми покрытиями in vitro в растворе Хэнкса. Было установлено, что в процессе 24 ч выдержки образца ГП-ГНТ-Т-БТА с предварительно созданным поверхностным дефектом наблюдается подавление процесса коррозии на микроуровне, подтверждающее проявление эффекта самозалечивания. Для данных образцов с гибридными покрытиями были зафиксированы невысокие значения локальной плотности тока и pH в течение всего эксперимента. 7. установлен механизм деградации образцов с гибридными защитными слоями и определено участие ингибитора коррозии в процессе самозалечивания. В результате активации коррозионного процесса и контролируемого выхода ингибитора из ГНТ происходит снижение коррозионной активности материала за счет адсорбции БТА на поверхности магния и его сплавов в области дефекта и образования комплекса Mg(BTA)2. Такой пассивирующий слой препятствует проникновению агрессивных хлорид-ионов и обеспечивает формирования кристаллических продуктов коррозии, защищающих материал от деградации. Показано влияние продуктов коррозии, образующихся на поверхности, на скорость биодеградации материала из магния и его сплава. Внесены корректировки и проведена оптимизация способа формирования гибридного слоя на основании анализа результатов, полученных с использованием электрохимических методов исследования; 8. установлена эффективность и перспективность применения гибридных покрытий (образцы ГП-ГНТ-Т-БТА и ГП-ГНТ-БТА), содержащих галлуазитные нанотрубки, загруженные биосовместимым ингибитором коррозии БТА, и биорезорбируемый полимерный материал ПКЛ для контроля над процессом резорбции изделий биомедицинского назначения из магния и его сплавов. Во отчетный год реализации проекта (2022-2023 г) результаты НИР были опубликованы в научных журналах, таких как, Journal of Magnesium and Alloys (Q1), Polymers (Q1), St. Petersburg Polytechnic University Journal. Physics and Mathematics, индексируемых в базах данных “Сеть науки”, Scopus и РИНЦ, ГЕНЫ И КЛЕТКИ (RSCI, РИНЦ), Вестник ДВО РАН (РИНЦ), а также Монографии (Издательство Техносфера, Москва) (РИНЦ). Результаты исследований, полученных в ходе выполнения гранта Российского научного фонда № 21-73-10148, были освещены в девяти докладах на семи международных и всероссийских конференциях и симпозиумах.

 

Публикации

1. Гнеденков А.С., Кононенко Я.И., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Вялый И.Е., Гнеденков С.В. Влияние ингибиторов группы азолов на антикоррозионную эффективность покрытий, сформированных на алюминиевом сплаве Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук, номер 6(226), стр. 57-65 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.37102/0869-7698_2022_226_06_5

2. Гнеденков А.С., Номеровский А.Д., Цветников А.К., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Формирование композиционных полимерсодержащих покрытий на стали Ст3 с применением технологии холодного газодинамического напыления Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук, номер 6(226), стр. 35-45 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.37102/0869-7698_2022_226_06_3

3. Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Гнеденков С.В. Особенности коррозии биорезорбируемых магниевых сплавов: in vitro исследования, формирование защитных покрытий ГЕНЫ И КЛЕТКИ, 2022. Том: 17, № 3. С. 55. (год публикации - 2022)

4. Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Плехова Н.Г., Гнеденков С.В. Smart composite antibacterial coatings with active corrosion protection of magnesium alloys Journal of Magnesium and Alloys, Volume 10, Issue 12, December 2022, Pages 3589-3611 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.jma.2022.05.002

5. Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Устинов А.Ю., Суховерхов С.В., Гнеденков С.В. New polycaprolactone-containing self-healing coating design for enhance corrosion resistance of the magnesium and its alloys Polymers, Polymers 2023, 15(1), 202 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/polym15010202

6. Гнеденков А.С., Филонина В.С., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Композиционные стеаратсодержащие покрытия для контроля скорости резорбции биомедицинских изделий из магниевого сплава МА8 Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук, номер 6(226), стр. 46-56 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.37102/0869-7698_2022_226_06_4

7. Кононенко Я.И., Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Вялый И.Е., Гнеденков С.В. Composite triazole-containing PEO-coatings for effective corrosion protection of AlMg3 aluminum alloy St. Petersburg Polytechnic University Journal. Physics and Mathematics, 2022, Vol. 15, No. 3.1, P. 173-178 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.18721/JPM.153.129

8. Номеровский А.Д., Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Preparation of layered double hydroxide on PEO-coated MA8 magnesium alloy: electrochemical and corrosion properties St. Petersburg Polytechnic University Journal. Physics and Mathematics, 2022, Vol. 15, No. 3.1, P. 197-203 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.18721/JPM.153.133

9. Сучков С.Н., Надараиа К.В., Имшинецкий И.М., Машталяр Д.В., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Evaluation of surface free energy of bioactive coatings in titanium and magnesium alloy St. Petersburg Polytechnic University Journal. Physics and Mathematics, 2022, Vol. 15, No. 3.1, P. 191-196 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.18721/JPM.153.132

10. Филонина В.С., Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Минаев А.Н., Гнеденков С.В. In vitro corrosion behavior of bioresorbable Mg-Ca alloy with hydroxyapatite-containing protective coating St. Petersburg Polytechnic University Journal. Physics and Mathematics, 2022, Vol. 15, No. 3.1, P. 227-231 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.18721/JPM.153.138

11. Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Cергиенко В.И., Гнеденков С.В. Физико-химические основы локальной гетерогенной коррозии магниевых и алюминиевых сплавов ТЕХНОСФЕРА, Москва, Москва, ТЕХНОСФЕРА, 2022. 424 с.: илл. 287, библиогр. 877 назв. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.22184/978-5-94836-661-6

12. - В России создали покрытие, повышающее коррозиестойкость металла в 100 тыс. раз Российский научный фонд, - (год публикации - )

13. - В России создали покрытие, повышающее коррозиестойкость металла в 100 тыс. раз Газета.Ru, - (год публикации - )

14. - УНИКАЛЬНЫЕ САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩИЕСЯ ПОКРЫТИЯ СМОГЛИ ЗАЩИТИТЬ СПЛАВЫ МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ И ПАТОГЕННЫХ БАКТЕРИЙ Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/) Научная Россия, - (год публикации - )

15. - Уникальные самовосстанавливающиеся покрытия смогли защитить сплавы металлов от коррозии и патогенных бактерий technovery, - (год публикации - )

16. - Уникальные самовосстанавливающиеся покрытия смогли защитить сплавы металлов от коррозии и патогенных бактерий ruscable.ru, - (год публикации - )

17. - В России создали покрытие, повышающее коррозиестойкость металла в 100 тыс. раз NEWS, - (год публикации - )

18. - Умение защищать. Гибридные покрытия спасут металлы от коррозии Российский научный фонд, - (год публикации - )

19. - Умение защищать. Гибридные покрытия спасут металлы от коррозии Газета Поиск, №32-33 I 12 АВГУСТА 2022, стр 10-11 (год публикации - )

20. - Умение защищать. Гибридные покрытия спасут металлы от коррозии poisknews.ru, - (год публикации - )

21. - Найден комплексный способ защиты магниевых имплантатов от разрушения poisknews.ru, - (год публикации - )

22. - Ученые нашли комплексный способ защиты магниевых имплантатов от разрушения indicator.ru, - (год публикации - )

23. - Ученые нашли комплексный способ защиты магниевых имплантатов от разрушения InScience.News, - (год публикации - )

24. - Ученые нашли комплексный способ защиты магниевых имплантатов от разрушения Рамблер, - (год публикации - )

25. - Найден комплексный способ защиты магниевых имплантатов от разрушения Российский научный фонд, - (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В период третьего года реализации проекта РНФ №21-73-10148 (2023-2024 гг.) были выполнены научно-исследовательские работы, направленные на формирование нового гибридного покрытия на поверхности биорезорбируемых материалов на основе магния. Проведено варьирование состава и структуры защитных антикоррозионных слоев посредством обработки пористой керамикоподобной матрицы, сформированной методом плазменного электролитического оксидирования, различными модифицирующими компонентами. Установлены антикоррозионные свойства, сформированных гибридных покрытий, с помощью традиционных электрохимических методов при выдержке образцов в физиологическом растворе HBSS. Определена скорость коррозионной деградации образцов с различным типом поверхностной обработки с использованием волюмометрического и гравиметрического методов анализа. Установлено влияние формирующихся на поверхности биорезорбируемого материала продуктов коррозии, образующихся в присутствии ингибитора, на скорость деградации. С использованием комплекса прецизионных локальных сканирующих электрохимических методов изучен механизм самозалечивания/самовосстановления защитных слоев in vitro за счет активации ингибитора коррозии и диффузии из наноконтейнеров в область поврежденного участка поверхности. Установлена взаимосвязь состава, морфологии, структуры покрытий с гибридными ингибитор- и/или полимерсодержащими компонентами с их антикоррозионными характеристиками. Проведена оптимизация способа формирования композиционного и гибридного слоя на поверхности биодеградируемого магниевого сплава и аддитивного магния на базе анализа данных электрохимических методов исследования гетерогенной коррозии и методов изучения состава, структуры и морфологии материала. Проведена сравнительная оценка эффективности антикоррозионных композиционных покрытий, сформированных в течение трех лет выполнения проекта. Определен оптимальный способ получения антикоррозионных гибридных покрытий на магниевых сплавах в наибольшей степени подходящего для защиты имплантационного материала. Принято участие (с 23 докладами) в работе одиннадцати международных и всероссийских конференций и симпозиумов. Результаты исследований, полученные в ходе третьего года реализации проекта РНФ, были опубликованы в 10 статьях, четыре из которых принадлежат к изданиям, входящих в первый квартиль (Q1). Получены следующие научные результаты: Был разработан способ снижения коррозионной активности биорезорбируемых материалов из магния и его сплавов (на примере сплава МА8 и образцов магния, изготовленных по аддитивной технологии методом лазерной порошковой наплавки (DLD-Mg)) путём формирования на базе силикатно-фторидного ПЭО-слоя новых гибридных покрытий, содержащих галлуазитные нанотрубки, загруженные ингибитором коррозии, олеатом натрия, распределенные в матрице биорезорбируемого материала поликапролактона. По итогам проведения исследований было получено следующее:  предложены состав электролита и режим обработки методом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО), позволяющие сформировать на поверхности исследуемых материалов прочное керамикоподобное покрытие с гетерогенной морфологией поверхности, содержащее нетоксичные компоненты;  для включения ингибитора в состав поверхностного слоя в качестве наноконтейнеров были использованы алюмосиликатные микрокапсулы – галлуазитные нанотрубки (ГНТ). Был отработан оптимальный способ загрузки ГНТ ингибитором коррозии олеатом натрия (NaOl) и получены порошки ГНТ-NaOl, ГНТ-Т-NaOl, используемые при формировании гибридных покрытий. На поверхности магниевого сплава МА8 были сформированы гибридные покрытия посредством модификации ПЭО-слоя с помощью суспензии на основе дихлорметана, содержащей поликапролактон, а также нетравленные и травленные ГНТ, загруженные ингибитором (ГП-ГНТ-NaOl и ГП-ГНТ-Т-NaOl, соответственно). Для установления эффективности действия ингибитора в составе защитных покрытий, были также сформированы КП, содержащие ПКЛ и ГНТ без олеата натрия (КП-ГНТ);  с помощью физико-химических методов анализа (СЭМ-ЭДС, РФА, РФЭС, КР) был установлен химический состав полученных покрытий. Было показано распределение наноконтейнеров с ингибитором по толщине и поверхности гибридных покрытий;  посредством методов потенциодинамической поляризации и электрохимической импедансной спектроскопии (при мониторинге изменения электродного потенциала во времени) были установлены антикоррозионной свойства образцов из магниевого сплава МА8 и DLD-Mg с различными типами покрытий. Высокий уровень защитных/барьерных свойств был зафиксирован для образца сплава МА8 с гибридным покрытием (образец ГП-ГНТ-Т-NaOl) при выдержке в физиологическом растворе HBSS (раствор Хэнкса). Эффективность ингибитора для данного покрытия составила 97,9 %. В результате формирования на поверхности образца магния, полученного по аддитивной технологии, гибридного покрытия происходит существенное улучшение антикоррозионных свойств.  с использованием методов волюмометрии и гравиметрии была определена скорость коррозионной деградации. Образцы с гибридным покрытием ГП-ГНТ-Т-NaOl характеризуются наименьшей скоростью коррозии (0,10 мм/год) среди всех исследованных образцов;  электрохимическая активность образцов на микроуровне была оценена в условиях in vitro с использованием локальных сканирующих методов SVET/SIET. По результатам квазиодновременных испытаний при помощи сканирующего вибрирующего и ионоселективного электродов было показано, что в процессе выдержки образца ГП-ГНТ-Т-NaOl с искуственно созданным дефектом гибридного слоя наблюдается существенное снижение локальной коррозионной активности материала. В течение 23 ч пребывания образцов в растворе HBSS были установлены низкие значения локальной плотности тока и pH, отражающие высокую эффективность действия ингибитора коррозии;  смоделирован механизм активной антикоррозионной защиты образцов с гибридными покрытиями (в растворе HBSS) и определен вклад ингибитора в процесс самозалечивания. Реализация механизма самозалечивания основывается на адсорбции ингибитора на поверхности дефекта и формировании малорастворимого слоя олеата магния за счёт реакции ионного обмена;  установлена взаимосвязь состава, морфологии, структуры покрытий с гибридными ингибитор- и/или полимерсодержащими компонентами с их антикоррозионными характеристиками. Проведена оптимизация способа формирования гибридного слоя на поверхности биодеградируемого магниевого сплава и аддитивного магния на базе анализа данных электрохимических методов исследования гетерогенной коррозии и методов изучения состава, структуры и морфологии материала. На базе итоговой комплексной сравнительной оценки результатов электрохимических испытаний, было установлено, что наиболее эффективными для обеспечения антикоррозионной защиты являются алюмосиликатные наноконтейнеры в виде протравленных галлуазитных нанотрубок, загруженных ингибитором коррозии бензотриазолом или олеатом натрия. Использование данных резервуаров позволило добиться продолжительного эффекта активной антикоррозионной защиты за счет пролонгированного высвобождения ингибитора из структуры формируемых поверхностных слоёв;  анализ результататов исследований, проведенных в течение трех лет реализации проекта № 21-73-10148, позволил установить, что гибридные покрытия (образцы ГП-ГНТ-Т-NaOl и ГП-ГНТ-Т-БТА), содержащие модифицированные галлуазитные нанотрубки, загруженные биосовместимым ингибитором коррозии олеатом натрия или бензотриазолом, в матрице биорезорбируемого полимера поликапролактона, обладают более высокими защитными свойствами, в сравнении с системой покрытий, содержащей ингибитор коррозии в порах ПЭО-слоя. Сформированые гибридные слои являются перспективными для обеспечения контролируемой деградации биорезорбируемых магниевых имплантатов. В третий год реализации проекта (2023-2024 г) результаты НИР были опубликованы в научных журналах, таких как, Journal of Magnesium and Alloys (Q1, две статьи), Polymers (Q1), Molecules (Q1), Materials (Q2, две статьи), индексируемых в базах данных “Сеть науки”, Scopus, в журнале Цветные металлы (база Scopus), Химическая технология (база RSCI, три статьи) для ознакомления российской и международной общественности. Результаты исследований, полученных в ходе выполнения гранта Российского научного фонда, были освещены в двадцати трех устных докладах на одиннадцати международных и всероссийских конференциях и симпозиумах.

 

Публикации

1. - В России научились контролировать растворение временных имплантатов в организме NEELOV.ru, - (год публикации - )

2. - В России научились контролировать срок службы биорастворяемых имплантатов НАУКА ТАСС, - (год публикации - )

3. - В России разработали покрытие для саморастворяющихся имплантатов, которое поможет костям правильно срастаться после переломов zdrav.ru, - (год публикации - )

4. - В России смогут "управлять" растворением временных имплантатов в организме РИА Новости, - (год публикации - )

5. - В России смогут «управлять» растворением временных имплантатов в организме РНФ, - (год публикации - )

6. - Во Владивостоке разработали защитное покрытие для биоразлагаемых магниевых имплантатов 3D TODAY, - (год публикации - )

7. - Врачи смогут управлять растворением временных имплантатов в организме SLAQ.am, - (год публикации - )

8. - Гибридное покрытие для имплантатов поможет в заживлении сложных переломов In Science, - (год публикации - )

9. - Гибридное покрытие позволит временным имплантатам из магния контролируемо растворяться в организме Indicator, - (год публикации - )

10. - ГИБРИДНОЕ ПОКРЫТИЕ ПОЗВОЛИТ ВРЕМЕННЫМ ИМПЛАНТАТАМ ИЗ МАГНИЯ КОНТРОЛИРУЕМО РАСТВОРЯТЬСЯ В ОРГАНИЗМЕ Научная Россия, - (год публикации - )

11. - Гибридное покрытие позволит временным имплантатам из магния контролируемо растворяться в организме Поиск, - (год публикации - )

12. - Гибридное покрытие позволит временным имплантатам из магния контролируемо растворяться в организме Российская академия наук, - (год публикации - )

13. - НОВЫЙ СПОСОБ СРАЩИВАТЬ КОСТИ РАЗРАБОТАЛИ ВО ВЛАДИВОСТОКЕ Наука РФ, - (год публикации - )

14. - Российские учёные научились контролировать срок службы костных имплантов ferra.ru, - (год публикации - )

15. - Российские ученые смогут «управлять» растворением временных имплантатов в организме Сделано в России, - (год публикации - )

16. - Химики получили гибридное защитное покрытие для временных саморастворяющихся имплантатов, которое поможет костям правильно срастаться после сложных переломов и избавит пациентов от повторных операций Telegram, - (год публикации - )

17. - НОВОЕ БИОАКТИВНОЕ ПОКРЫТИЕ ПРЕДОТВРАТИТ РАЗРУШЕНИЕ ИМПЛАНТАТОВ НА ОСНОВЕ МАГНИЯ Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/) Научная Россия, - (год публикации - )

18. - Новое биоактивное покрытие предотвратит разрушение имплантатов на основе магния Поиск, - (год публикации - )

19. - Новое биоактивное покрытие предотвратит разрушение имплантатов на основе магния In Science, - (год публикации - )

20. - Биоактивное покрытие предотвратит разрушение имплантатов на основе магния XX2век, - (год публикации - )

21. - Биоактивное покрытие предотвратит разрушение имплантатов на основе магния Экология в России и мире, - (год публикации - )

22. - Биоактивное покрытие предотвратит разрушение имплантатов на основе магния Вечная молодость, - (год публикации - )

23. - Биоактивное покрытие предотвратит разрушение имплантатов на основе магния News-Life, - (год публикации - )

24. - Новое биоактивное покрытие на основе магния предотвратит разрушение имплантатов geekr., - (год публикации - )

25. - Российские ученые создали покрытие для защиты от разрушения имплантов на основе магния Об этом сообщает "Рамблер". Далее: https://news.rambler.ru/tech/50288275/?utm_content=news_media&utm_medium=read_more&utm_source=copylink Рамблер, - (год публикации - )

26. - Новое биоактивное покрытие предотвратит разрушение имплантатов на основе магния Российская академия наук, - (год публикации - )

27. - Новое биоактивное покрытие предотвратит разрушение имплантатов на основе магния Российский научный фонд, - (год публикации - )

28. Гнеденков А.С., Кононенко Я.И., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Вялый И.Е., Номеровский А.Д., Устинов А.Ю., Гнеденков С.В. The Effect of Smart PEO-Coatings Impregnated with Corrosion Inhibitors on the Protective Properties of AlMg3 Aluminum Alloy Materials, 2023, 16(6), 2215 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/ma16062215

29. Гнеденков А.С., Номеровский А.Д., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Устинов А.Ю., Гнеденков С.В. Design of self-healing PEO-based protective layers containing in-situ grown LDH loaded with inhibitor on the MA8 magnesium alloy Journal of Magnesium and Alloys, Volume 11, Issue 10, October 2023, P. 3688-3709 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.jma.2023.07.016

30. Гнеденков А.С., Номеровский А.Д., Цветников А.К., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. Cold-sprayed Composite Metal-fluoropolymer Coatings for Alloy Protection against Corrosion and Wear Materials, 2023, 16(3), 918 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/ma16030918

31. Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Гнеденков С.В. Hydroxyapatite-containing PEO-coating design for biodegradable Mg-0.8Ca alloy: formation and corrosion behaviour Journal of Magnesium and Alloys, Journal of Magnesium and Alloys, Available online, 24 December 2022 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.jma.2022.12.002

32. Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Гнеденков С.В. Олеатсодержащие биосовместимые покрытия для защиты биодеградируемых магниевых имплантатов Цветные металлы, 2023. № 9, С. 37-45. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.17580/tsm.2023.09.04

33. Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Гнеденков С.В. Антикоррозионные гидроксиапатитсодержащие покрытия для функционализации биорезорбируемых магниевых сплавов Химическая технология, 2023. Т. 24, № 10. С. 374–385. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31044/1684-5811-2023-24-10-374-385

34. Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Гнеденков С.В. Новые гибридные покрытия для контроля скорости деградации магниевого сплава МА8 Химическая технология, 2023. Т. 24, № 11. С. 402–414 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31044/1684-5811-2023-24-11-402-414

35. Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Минаев А.Н., Гнеденков С.В. Многофункциональные покрытия с эффектом самозалечивания на сплаве магния МА8 Химическая технология, 2024. Т. 25, № 5. С. 162–174 (год публикации - 2024) https://doi.org/10.31044/1684-5811-2024-25-5-162-174

36. Гнеденков А.С., Синебрюхов С.Л., Филонина В.С., Устинов А.Ю., Гнеденков С.В. Hybrid Coatings for Active Protection against Corrosion of Mg and Its Alloys Polymers, 15 (14), 3035 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/polym15143035

37. Гнеденков А.С., Филонина В.С., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. A Superior Corrosion Protection of Mg Alloy via Smart Nontoxic Hybrid Inhibitor-Containing Coatings Molecules, 2023, 28(6), 2538 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/molecules28062538


Возможность практического использования результатов
В рамках выполнения работ по гранту РНФ № 21-73-10148 в отчётный период (2021-2024 гг), были проведены исследования, направленные на создание способа модификации поверхности биорезорбируемого магниевого сплава (на примере МА8 – система Mg-Mn, а также магния, полученного по аддитивной технологии – DLD-Mg) путём формирования гибридных покрытий, содержащих органические биосовместимые ингибиторы коррозии и биорезорбируемый полимерный материал с целью снижения скорости его деградации за счет функции активной защиты от коррозии пролонгированного действия (эффекта самозалечивания). Разработанные, в процессе выполнения проекта, способы создания многофункциональных самовосстанавливающихся защитных покрытий ориентированы на расширение области практического применения материала на основе магния, а именно на использование в хирургической практике не требующих удаления биодеградируемых магниевых имплантатов, предназначенных для надежной фиксации фрагментов кости в течение периода их срастания. Экспериментальные результаты позволили продвинуться в решении задачи в рамках направления Н3 в Стратегии научно-технического развития Российской Федерации, получении научных и научно-технических результатов, относящихся к разработке «новых материалов», перспективных для использования в имплантационной хирургии и развивающих направление персонализированной медицины. Сформированный гибридный слой на поверхности магнийсодержащего материала позволит увеличить эффективность использования изделия в сфере биомедицины и будет способствовать развитию внутреннего рынка продуктов РФ. Внедрение новых смарт-материалов и предложенных способов обработки поверхности биоматериалов в медицину будет способствовать улучшению качества жизни людей. Разработанные новые стратегии активного управления кинетикой биорезорбции магнийсодержащих имплантатов позволят увеличить эффективность использования изделий в сфере биомедицины, что в свою очередь будет способствовать развитию внутреннего рынка продуктов РФ.