Разработан композитный материал для создания "умных" имплантатов
Новый подход к внедрению графена в материалы для имплантатов, который позволяет "рисовать" биосовместимые электрические схемы на поверхности непроводящего костного импланта, разработали ученые Томского политехнического университета (ТПУ) в составе международного научного коллектива. Новая технология может лечь в основу создания "умных" имплантатов, сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.
В министерстве отметили, что на сегодняшний день в медицине распространяется тренд на "умные" импланты, которые помимо своей основной функции замещения тканей позволяют отслеживать состояние здоровья пациентов, состояние самого имплантата, реализовывать направленную доставку лекарств и стимулировать заживление тканей. Для того, чтобы это стало возможно, необходимо разработать целый комплекс материалов и устройств и, в первую очередь, создать электропроводящую поверхность имплантата.
"В своем исследовании ученые Томского политехнического университета с помощью метода лазерной обработки интегрировали электропроводящий графен в титановую пластину с кальций-фосфатным покрытием - материал, который используют для производства имплантатов в ортопедии и стоматологии", - сказано в сообщении.
По словам соавтора исследования, профессора Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгении Шеремет, полученный композит продемонстрировал превосходную прочность, выдержав испытание на истирание песком в течение двух часов и нагрузку в 100 тысяч циклов изгиба без ущерба для электрических характеристик. Электрохимическая стабильность материала сохранялась после миллиона импульсных циклов тока. Ученые также исследовали стабильность композитного покрытия в физиологических условиях, оценивали его биосовместимость.
"В течение недели в лабораторных условиях на поверхности композита культивировали клетки остеосаркомы человека. Биоматериал доказал свою нетоксичность для клеточных культур, что является первым шагом в цепочке исследований, необходимых, чтобы доказать безопасность нового композита для человека. Кроме того, исследования показали, что полученный материал сохраняет свои электрические свойства без существенной деградации на протяжении 12 недель в среде, схожей со средой организма, при температуре 38 градусов и разных уровнях pH", - сказал соавтор исследования, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгений Плотников.
Создание нового материала и данные фундаментальных исследований могут лечь в основу разработки "умных" имплантатов. Например, в будущем в имплант можно было бы встроить датчик, который будет отслеживать нагрузку на имплант и сигнализировать о деформации или разрушении, помогая врачам корректировать реабилитацию. Кроме того, интеграция электропроводящих материалов могла бы позволить проводить "физиотерапию" за счет электрической стимуляции или нагрева, улучшая кровообращение и ускоряя рост клеток.
Об исследовании
В исследованиях приняли участие сотрудники Инженерной школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, Научно-образовательного центра Б. П. Вейнберга ТПУ, университета Шихэцзы (Китай), университета электронных наук и технологий Китая, Сычуаньского университета (Китай), Королевского колледжа Лондона. Исследование выполнено при поддержке федеральной программы Минобрнауки "Приоритет-2030" и национального проекта "Наука". Результаты работы опубликованы в журнале Applied Materials & Interfaces (Q1, IF: 8.3).