Томские ученые создали среду для тестов имплантатов в условиях близких к живым тканям

Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разработали гидрогелевые пленки на основе пектина для лабораторных испытаний металлических имплантатов. Они воспроизводят особенности живых тканей точнее, чем обычные солевые растворы и помогают установить локальные очаги коррозии у имплантатов.

Перед началом использования металлических имплантатов их тестируют в лаборатории, где проверяют, как они будут вести себя в организме: когда имплантат начнет разрушаться, какие продукты коррозии появятся на его поверхности и сохранит ли он свои свойства. Особенно важны такие испытания для магниевых имплантатов, поскольку со временем после восстановления тканей они должны раствориться.

Тесты имплантатов проводят в специальных солевых растворах, которые по составу приближены к биологическим жидкостям человека. Это составы из межклеточного матрикса, белков, солей и ограниченного количества воды. Однако полностью повторить неоднородную среду организма они не могут. Из-за этого результаты испытаний могут отличаться от реального поведения имплантата в организме.

Ученые Томского политеха разработали тонкие полимерные пленки для проверки имплантатов в лабораториях. Пленки состоят из пектина — природного полисахарида, к которому добавлены глицерин, физиологический раствор Рингера и частицы карбоната кальция. Полученный гелевый раствор и пленки из него ограничивают движение жидкости и ионов, но сохраняют достаточную электропроводность для протекания электрохимических процессов. Эти условия максимально приближенно имитируют условия внутри организма.

«Карбонат кальция мы получали двумя методами — прямым осаждением и наноспрей-сушкой. Эти частицы выполняют в составе сразу несколько задач. Они служат источником ионов кальция, которые соединяют цепочки пектина в пространственную сетку и одновременно позволяют изменять плотность этой сетки, электрическое сопротивление и поведение гелевой пленки на границе с металлом. Гель замедляет перенос ионов и удерживает продукты реакции возле поверхности металла. В результате характер разрушения образца становится ближе к процессам, которые могут происходить в организме», — рассказала один из авторов исследования, доцент отделения материаловедения ТПУ Галина Лямина.

У разработанных пленок ученые ТПУ исследовали физические и химические свойства: высыхание, набухание, электропроводность и взаимодействие с металлами. Кроме того, их проверили на титановых и магниевых сплавах. Это самые распространенные металлы для изготовления имплантатов. Результаты показали, что при испытаниях магниевого сплава пектиновые пленки снизили коррозию на 55 %, уменьшили плотность коррозионного тока в 1000 раз и увеличили поляризационное сопротивление примерно в 1300 раз.

«В обычном солевом растворе металл подвергался более равномерному воздействию. При взаимодействии с гелевыми пленками же преимущественно возникали локальные очаги коррозии и точечные поражения. Это точнее соответствует неоднородному разрушению магниевых материалов в биологической среде», — отметила Галина Лямина.

При испытаниях пектиновых пленок на титановых сплавах ученые установили, что пленки помогают выявить межфазовую коррозию, вызванную хлоридами, ограничивают массоперенос и стабилизируют термодинамику поверхности металла.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации