Разработка научных подходов к модификации поверхности каркасных титановых имплантов на основе комбинации методов химического травления, молекулярного наслаивания и биофункционализации поверхности

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 проекта 20-73-00067

НазваниеРазработка научных подходов к модификации поверхности каркасных титановых имплантов на основе комбинации методов химического травления, молекулярного наслаивания и биофункционализации поверхности

Руководитель Назаров Денис Васильевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №49 - Конкурс 2020 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов

Ключевые слова Молекулярное наслаивание, атомно-слоевое осаждение, химия поверхности, титан, титановые импланты, химическое травление, диоксид титана, серебро, микроструктуры, наноструктуры, биосовместимость, бактерицидные свойства, нанопленки, наночастицы.

Код ГРНТИ31.15.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящий момент одной из наиболее интересных и актуальных тем для исследований в области материаловедения является разработка биоматериалов для ортопедических и дентальных имплантов. Титан и его сплавы обладают рядом уникальных механических свойств и биосовместимостью, что позволяет успешно использовать эти материалы для изготовления медицинских имплантов. В последние годы в связи с активным развитием аддитивных технологий появилась возможность печатать титановые импланты с учетом индивидуальных особенностей организма и пораженных тканей пациента. Особый интерес представляют импланты с каркасной ячеистой структурой, позволяющей облегчить вес изделия, улучшить остеоинтеграцию за счет врастания вновь образующейся костной ткани в тело импланта, а также варьировать механические характеристики за счет изменения дизайна элементов каркасной структуры импланта. Однако несмотря на широкие возможности аддитивных технологий, 3D печать не позволяет получать материалы с высокой скоростью и надежностью остеоинтеграции и возникает необходимость в дополнительной модифицирования поверхности. К настоящему моменту разработано множество методик и подходов к модификации поверхности для улучшения биосовместимости и ускорению остеоинтеграции имплантов. Поверхность идеального импланта должна совмещать множество характеристик, таких как бактерицидный эффект, высокая смачиваемость плазмой крови, определенный заряд поверхности для адсорбции биомолекул, развитый рельеф для адгезии клеток костной ткани, состав и структура поверхности способствующая минерализации образующейся костной ткани и.т.д. Очевидно, что для создания такого импланта необходимо использовать несколько методов, которые взаимно дополняют друг друга и при этом не оказывают негативного эффекта на уже полученные характеристики другими методами. В данном проекте для разработки эффективного подхода к модификации поверхности титановых каркасных (ячеистых) структур, полученных с помощи 3D печати, планируется использовать комбинацию следующих взаимодополняющих методов и подходов: 1) химическое травление для создания необходимого гибридного микро/нанорельефа, который должен значительно ускорить приживляемость 2) нанесения биоактивного кристаллического покрытия диоксида титана, которое должно ускорить кристаллизацию неорганической компоненты костной ткани. Данное покрытие будет нанесено методом молекулярного наслаивания (МН, известного за рубежом также как atomic layer deposition - ALD) и позволяющего сохранить рельеф поверхности полученный методом химического травления. 3) нанесение на поверхность наночастиц серебра с бактерицидными свойствами методом МН 4) биофункционализация поверхности с помощью твердофазного синтеза полипептида и хемосорбции антибиотика для создания бактерицидного поверхностного слоя. Физико-химические характеристики поверхности, полученных образцов и их биомедицинские характеристики будут подробно изучены. На основании полученных данных планируется найти взаимосвязи между физико-химическими и биомедицинскими свойствами и подготовить рекомендации для дальнейшего развития и практического применения предложенного подхода по созданию полифункционального материала, т.е. материла совмещающего бактерицидные характеристики и стимулирующие действие на рост и развитие клеток костной ткани. Предложенные в данном проекте подходы, такие как нанесение наночастиц серебра, покрытий диоксида титана методом МН и биофункционализация с использованием антибиотиков и полипетидов ранее изучалась по отдельности различными исследователями. Однако предложенный комплексный подход по использованию данных методов для разработки полифункционального материала ранее не изучался, что обеспечивает научную новизну проекта.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ