Неинертное дело инженера

Исследовательские задачи инженера года

Сотрудник Научно-образовательного и инновационного центра «Наноструктурные материалы и нанотехнологии» БелГУ Георгий Храмов признан инженером года по итогам одноимённого регионального конкурса в номинации «Медицинская промышленность». Участие и победа – для инженера-исследователя это своего рода пиковый этап в профессиональной биографии. А для читателей – возможность познакомиться с результатами наукоёмкой работы и, как говориться, «примерить» их на себя. Ведь исследование ориентировано на реальные потребности реальных людей. В полученном продукте заинтересована, прежде всего, медицина. Георгий Викторович совместно с коллегами отрабатывает технологические режимы метода микродугового оксидирования, используемого для модификации поверхности титановых имплантатов.

Параметры заданы – свойства получены

– Биоинертные материалы являются одними из основных для применения в имплантации. В частности мы работаем с титаном и титановыми сплавами. В Центре отлажено производство технически чистого титана с субмикрокристаллической структурой. Это благодатный материал, не содержащий вредных для человеческого организма элементов, а потому его столь широко используют в медицинских целях. Однако нелегированный титан в исходном состоянии по прочности уступает примесным титановым сплавам. В этой связи наша деятельность направлена на разработку и апробацию режимов получения беспримесного титана с уровнем прочностных свойств примесного сплава.

Представьте себе, титановый винт и костную ткань. Совершенно не похожи! Как же тогда инородное тело приживётся в организме и обеспечит динамичный ход процесса заживления? Мы работаем над параметрами, которые предъявляет медицина к готовым изделиям – главным образом, это биосовместимость и нетоксичность. В этих целях модифицируем поверхность титана методом микродугового оксидирования, который позволяет вводить в состав слоя химические элементы, присутствующие в тканях организма – кальций, фосфор, кремний... Замечу, что прочность создаваемого нами модифицированного покрытия для титановых имплантатов не уступает прочности кости и таким образом обеспечивает функционирование имплантата при его нагружении.

В зависимости от направления и прикладного характера исследования свойства покрытий можно существенно менять. К важным для нас свойствам относятся пористость, рельеф, элементный состав плюс наличие определённой защиты от проникновения ионов титана в организм.

Центр внимания – на концентрации

– Мы занимаемся разработкой кальций-фосфатных покрытий. Сначала развивали направление, связанное с модификацией поверхности путём введения синтетического минерала – гидроксиапатита (ГАП). Он мелкодисперсный, достаточно легко проникает в покрытия во время их синтеза. Но ориентация на внедрение в производство подвигает нас концентрировать внимание и на ценовых характеристиках разрабатываемого продукта. Мы стараемся уменьшить его себестоимость. В связи с тем, что цена гидроксиапатита немала, наша цель – выйти на режимы активного внедрения ГАП в покрытие с одновременным снижением его концентрации в электролите, либо подобрать составы, не содержащие синтетический ГАП, но содержащие составляющие его компоненты.

Тактика контакта

– Разрабатываемые покрытия сейчас в стадии доклинических испытаний. К настоящему моменту проведены испытания на токсичность и эксперименты на мелких животных. Как видите, процесс разработки и внедрения материалов для медицинских нужд трудоёмкий и требует немалых временных затрат. Вместе с тем существует большая потребность в отечественных материалах для медицины. Зарубежный продукт – дорогой и не всегда полностью удовлетворяет всем предъявляемым требованиям.

Прежде чем разрабатывать покрытие, учёным крайне необходимо знать специфику его применения. К примеру, если создаётся протез тазобедренного сустава, то поверхность внедряемой в бедренную кость части имплантата должна иметь значительный рельеф для надёжной фиксации. Такой рельеф невозможно сформировать только за счёт увеличения толщины наносимого шероховатого пористого покрытия. Необходимо использовать предварительную обработку для создания макрорельефа поверхности металла, а потом переходить к модификации нашим или иным методом. Медики обозначают конкретные цели, тем самым направляя труд учёного, образно говоря, в востребованное русло. Вот почему так важны встречи, открытый диалог с заказчиками – практикующими хирургами. Мы же стремимся настолько оптимизировать процесс, чтобы можно было управлять всеми свойствами покрытий, прогнозировать результат и соответственно получать модифицированный слой определенного типа.

25.04.2011

Светлана Шатохина. Фото Василия Кучмы

308015, г. Белгород, ул. Победы, 85; E-mail: niu@bsu.edu.ru