Российские ученые создали уникальные покрытия для сплавов магния, которые не только предотвращают коррозию материала, но также ускоряют рост кости и обладают антибактериальным эффектом. В ходе работы были подобраны матрица биосовместимого защитного покрытия и вспомогательные вещества. Разработка может использоваться в различных сферах промышленности, в том числе в медицине для изготовления имплантатов. Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда, опубликованы в Journal of Magnesium and Alloys.

Коррозия — необратимый процесс разрушения металлов и сплавов, протекающий при их взаимодействии с внешней средой. Это одна из самых больших проблем, с которой сталкиваются специалисты в различных сферах промышленности. Чаще всего коррозия наблюдается в средах с экстремальными условиями эксплуатации. Кроме того, этот процесс характерен для металлов и сплавов, используемых в медицине, например для магния. Внутренняя среда организма человека чрезвычайно агрессивна к чужеродным веществам; наличие металла может привести к появлению различных инфекций и развитию тяжелых болезней из-за иммунной реакции. Таким образом, перед исследователями стоит задача создать устойчивое к различного рода внешним факторам и безвредное покрытие.

Ученые из Института химии ДВО РАН разработали уникальный защитный слой, применив метод плазменного электролитического оксидирования (ПЭО), и изготовили три варианта образцов из магниевых сплавов. Первый — только с оксидным ПЭО-покрытием, второй — с оксидным ПЭО-покрытием и ингибитором коррозии 8-оксихинолином. Это вещество препятствует разрушению материала за счет образования специфической пленки, способной останавливать различные химические реакции. Третий вариант повторял предыдущий, но поры были заполнены биоинертным полимером — именно эта модификация показала наилучшие результаты.

Покрытие оказалось устойчиво к разрушающим воздействиям: при повреждении 8-оксихинолин выходил из пор и формировал защитную пленку, которая повышала коррозионную стойкость материала в 4,5 тысячи раз, то есть материал самовосстанавливался. Заполнение пор полимером позволило повысить эффективность такого защитного механизма до 99%.

Также авторы провели эксперимент со штаммом золотистого стафилококка, который вызывает у человека некоторые типы пневмонии и менингита. За 24 часа практически все бактерии на покрытии, содержащем 8-оксихинолин, погибли, в то время как на чистом магниевом сплаве их число только увеличивалось. Это объясняется тем, что ингибитор способен образовывать комплексные соединения и тем самым нарушать работу ферментных систем микроорганизмов.

«Полученное в этой работе покрытие уникально. Оно не только устойчиво к внешним условиям среды, но и может уничтожать патогенные бактерии. Кроме того, подобранные вещества способны самостоятельно восстанавливать свою целостность, что увеличивает срок службы защитного слоя. Вышеперечисленные свойства позволяют использовать наши композиционные покрытия во многих сферах медицины. Кроме того, их можно наносить на разные изделия, например детали фурнитуры, и таким образом снижать распространение внутрибольничных инфекций», — рассказывает руководитель проектов Андрей Гнеденков.