Учёные предложили технологию нанесения бактерицидных покрытий на титановые протезы, напечатанные на 3D-принтере. Подход не требует дорогостоящего оборудования, легко масштабируется и интегрируется в производственную цепочку ортопедических имплантатов.

Благодаря активному развитию аддитивных технологий учёные уже умеют создавать уникальные по форме и структуре имплантаты, полностью адаптированные под конкретного пациента. Однако инфицирование после установки ортопедических протезов остается одной из наиболее серьезных проблем современной медицины.

«Одно из самых быстроразвивающихся направлений в современной медицине – 3D-печать, обеспечивающая создание индивидуальных имплантатов с высокой точностью и биосовместимостью. Сложная геометрия таких медизделий затрудняет нанесение любых покрытий. Исследователи Университета МИСИС под руководством ведущего материаловеда страны, директора НИЦ «Неорганические наноматериалы», д.ф.-м.н., профессора Дмитрия Владимировича Штанского разработали новую технологию нанесения антибактериальных покрытий на персонализированные имплантаты. Кроме защиты от инфицирования, такие покрытия позволят улучшить совместимость медицинского изделия с нативными тканями», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.

Учёные НИТУ МИСИС, НИЦЭМ им. Н. Ф. Гамалеи и Центрального электрохимического научно-исследовательского института Индии (г. Караикуди) выяснили, какие дозировки серебра, меди и цинка справляются с бактериями и грибами в разных средах наиболее эффективно, а также опробовали несколько способов нанесения антимикробных составов с помощью доступных и легко масштабируемых электрохимических методов.

«Мы экспериментально выявили оптимальные концентрации металлов для защитного покрытия, так как они по-разному проявляют свою антимикробную активность. Ионы серебра повреждают мембрану и цитоплазму клеток бактерий, блокируют для них перенос кислорода, инактивируют ферменты и нарушают репликацию ДНК. Ионы меди производят реактивные формы кислорода, которые проникают в клетки бактерий и вызывают разрушение их мембран, ДНК и ферментов. Ионы цинка тоже производят реактивные формы кислорода и повреждают мембраны микробных клеток, а также формируют гидроксильные группы, которые препятствуют адгезии бактерий», — объясняет к.т.н. Константин Купцов, старший научный сотрудник научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза МИСИС-ИСМАН.

к.т.н. Константин Купцов, старший научный сотрудник научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза МИСИС-ИСМАН.

Также учёные опробовали разные технологии нанесения покрытий: плазменно-электролитическое оксидирование, анодирование и катодное осаждение. Подробности исследования опубликованы в научном журнале Surface & Coatings Technology (Q1).

«Мы экспериментально подтвердили, что не только состав, но и технология нанесения защитного покрытия влияет на антибактериальную активность его компонентов. Так, плазменно-электролитическое оксидирование отдельно или в сочетании с катодным осаждением показало наилучшие результаты. Эта технология формирует микро- и нанопористый слои, содержащие бактерицидные металлы, ионы которых постепенно высвобождаются и воздействуют на бактерии, — рассказывает д.ф.-м.н. Дмитрий Штанский, директор НИЦ «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС. — В перспективе дополнительно на поверхность можно наносить гидроксиапатит — материал, похожий на минеральную часть костей — или добавлять белки, стимулирующие рост костной ткани».

д.ф.-м.н. Дмитрий Штанский, директор НИЦ «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС.

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России (Соглашение № 075-15-2023-469), а также Министерства науки и технологий Индии.