Ультратонкие NO-содержащие кальций-фосфатные покрытия для титановых имплантатов

Развитие общества и техники привело к увеличению средней
продолжительности жизни человека, населения Земли, количества
автотранспорта на дорогах. Рост числа возрастных заболеваний и отсутствие
прогресса в борьбе с бытовым травматизмом обуславливают актуальность
имплантологии и медицинского материаловедения. По данным Всемирной
организации здравоохранения, в мире насчитывается от 110 до 190 млн.
человек с ограниченными возможностями [1].
Несмотря на очевидность необходимости развития реконструктивной
хирургии и ортопедии, за последнее столетие не наблюдается повышения
качества и скорости сращивания переломов. Отсутствие прогресса в данной
области обусловлено дефицитом современных материалов медицинского
назначения. К примеру, наблюдается серьезный дефицит материалов,
предназначенных для восстановления крупных дефектов и патологий
структуры костной ткани, в травмотологии и краниофациальной хирургии.
Традиционно в качестве конструкционной основы для изготовления
имплантатов, предназначенных для восстановления костной ткани,
используются металлы и их сплавы. Выбор данного класса материалов как
основы для изготовления имплантатов обусловлен их оптимальными
механическими свойствами, такими как прочность, сопротивление усталости,
модуль упругости и тд. Существенным недостатком металлов является их
недостаточная биосовместимость. Кроме того, нахождение металлического
имплантата в организме может вызвать заболевание металлоз, которое
проявляется в интоксикации тканей в области нахождения имплантата.
Использование титана в качестве материала имплантата позволяет
свести к минимуму риски, связанные с отторжением. Также его прочностные
характеристики близки к костным, что позволяет имлантату вести себя как
часть костной структуры, повреждаясь и деформируясь также, как и
прилегающие кости.
Для повышения биосовместимости металлических имплантатов
применяют различные защитные покрытия. Наиболее распространенными
покрытиями, используемыми для этих целей, являются кальций-фосфаты
(КФ). Распространенность КФ обусловлена близостью их химического
состава к составу минеральной части человеческой кости. Одним из наиболее
распространенных КФ материалов является гидроксиапатит (ГАП,
Ca10(PO4)(OH)2). Он сочетает в себе высокую биоактивность со
стабильностью в телесной жидкости человека, что позволяет улучшить
остеоинтеграцию имплантатов без риска полного растворения покрытия и
оголения металлической поверхности.
Нанесение КФ покрытий осуществляется различными методами:
плазменное напыление, электрохимическое, микродуговое оксидирование,
высокочастотное магнетронное распыление и т.д. Поскольку одно из
основных требований к покрытиям является их хорошая адгезия к титановым
имплантатам, в нашей работе был выбран метод высокочастотного
магнетронного распыления (ВЧМР). К достоинствам этого метода можно
отнести возможность контроля химического состава покрытия, высокая
адгезионная способность полученных покрытий, а также простоты
эксплуатации.
Несмотря на тот факт, что КФ покрытия, полученные методом ВЧМР,
активно исследуются уже несколько десятилетий, данная тема сохраняет
актуальность и в настоящее время. Публикуется множество работ по
формированию композитных КФ покрытий, осаждаемых методом ВЧМР [2–
4]. Также активно исследуются покрытия, содержащие в своем составе
разного рода ионные замещения и примеси [5–7].
Известно, что оксид азота (NO) играет важную биологическую роль в
организме человека. Все разновидности его биологических эффектов можно
представить как регулирующее воздействие на тонус сосудов, адгезию
клеток, проницаемость сосудов и так далее [8]. Следует отметить, что NO
выполняет важную функцию по регулированию кровотока, расширяя или
сужая просвет кровеносных сосудов в соответствии с необходимостью.
В научной литературе не было обнаружено публикаций, описывающих
формирование NO-содержащих КФ покрытий методом реактивного ВЧМР.
Мы полагаем, что распыление КФ материалов в азот-содержащей среде
позволит сформировать покрытие, содержащее в своей структуре NO.
Присутствие NO в КФ покрытии может благотворно отразиться на
ангеогенезе, повысить локальный метаболизм и улучшить биоактивность
изделия в целом.
В данной работе проводилось распыление твердотельной ГАП мишени
методом реактивного ВЧМР в атмосфере смеси аргона и азота при различных
объемных концентрациях.
Целью работы является формирование NO-содержащих КФ покрытий
методом реактивного ВЧМР, исследование их морфологии, физико-
химических и биологических свойств.