 |
Фтороводород как регулятор скорости, надёжности и чистоты
В Тольяттинском государственном университете нашли способ в 6 раз снизить скорость резорбции магниевых сплавов для изготовления медицинских имплантатов.
В Тольяттинском государственном университете (ТГУ) нашли способ в 6 раз снизить скорость резорбции магниевых сплавов для изготовления медицинских имплантатов и сделать их более стойкими. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Metals.
Магниевые сплавы, способные растворяться в организме человека (биорезорбируемые), сейчас представляют большой интерес для имплантологов, так как не требуют повторных операций по их извлечению.
– Но проблема всех биорезорбируемых магниевых сплавов в том, что они слишком быстро растворяются, и регулировать эту скорость достаточно сложно. А нам необходимо это делать, так как есть разные задачи, под которые эти сплавы используются, – говорит начальник лаборатории «Прецизионная микроскопия» научно-исследовательского института прогрессивных технологий (НИИПТ) ТГУ Евгений Мерсон. – Например, одно дело, когда винт вкручен в кость, и совсем другое, когда это пластина, контактирующая с мягкими тканями. Скорость растворения у них будет разной, потому что в кости практически нет циркуляции жидкости, там только ионный обмен, а в мягких тканях циркуляция происходит более интенсивно, и среда более агрессивная. Поэтому весь мир сейчас работает над тем, чтобы научиться управлять скоростью растворения магниевых имплантатов.
Подходы используются разные: меняется химический состав, варьируется микроструктура, применяются различные поверхностные обработки, например, нанесение защитных покрытий. Исследователи НИИПТ ТГУ решили подвергнуть магниевый сплав обработке плавиковой кислотой (водный раствор фтороводородной кислоты, HF) и получили тройной положительный эффект.
– Мы обнаружили, что на поверхности образцов после токарной обработки остаются различные загрязнения, например, частицы резца, которые ускоряют коррозию. Ускоряют её и частицы вторичных фаз. Что это значит? Например, наш сплав состоит из магния, цинка и кальция. Альфа-фаза – это кристаллическая решетка магния, в которую встроены атомы цинка и кальция. А есть ещё частицы вторичных фаз, которые имеют иной химический состав и, как правило, более положительный электродный потенциал по сравнению с альфа-матрицей. Таким образом, находясь в электропроводной среде, например, в любом водно-солевом растворе, включая плазму крови человека, они создают гальваническую пару и способны увеличить скорость растворения альфа-фазы. Плавиковая кислота растворяет и частицы металлов резца, и частицы вторичных фаз, замедляя таким образом скорость коррозии магниевого сплава, – отметил Евгений Мерсон.
Он напомнил, что в ТГУ готовится к запуску производство биорезорбируемых имплантатов из магния, производить их будут на токарных станках с применением резцов, которые неизбежно оставят на поверхности изделий частички стали.
– Наш способ технологичен, он позволяет обработать большое количество изделий за один раз. Нарезали винтов, подержали их 15 минут в ванне с кислотой – всё. Они обработаны, на них нет загрязнений, скорость коррозии снижена, – подчеркнул учёный.
Кроме того, при взаимодействии магния с фтороводородом на поверхности образца возникает тонкий слой фторида магния, плёнка, которая плохо растворима в водных соленых растворах.
– Эта плёнка защищает магний при контакте с водой или с той же плазмой крови человека и, соответственно, замедляет скорость растворения самого сплава. Таким образом получаем тройной эффект: растворение частиц «загрязнений» поверхности, растворение частиц вторичных фаз и образование фторидной плёнки – всё это в комплексе даёт нужное нам улучшение коррозионных свойств, – говорит Евгений Мерсон. – Конечно, похожие работы были, но особенность конкретно нашего исследования в том, что для сплавов системы легированияMg-Zn-Ca эти эффекты показаны не были.
Кроме того, материаловеды ТГУ исследовали влияние обработки сплава плавиковой кислотой на так называемое коррозионное растрескивание под напряжением.
– Пластины и винты, с помощью которых фиксируют сломанные кости, находятся под постоянной или циклической нагрузкой, например, по причине того, что человек двигается, ходит, жуёт и т.д. А одновременное воздействие на металл агрессивной среды и механического напряжения создает благоприятные условия для развития явления, называемого «коррозионным растрескиванием под напряжением». Опасно оно тем, что способно вызвать преждевременное разрушение установленного в организме имплантата даже задолго до начала его заметного растворения, и тогда понадобится повторная операция, – объясняет Евгений Мерсон.
Оказалось, что обработка в плавиковой кислоте не только уменьшает скорость растворения, но и повышает стойкость сплава к коррозионному растрескиванию под напряжением. К тому же, для организма человека она тоже совершенно безвредна, что было подтверждено тестами in vitro в центре медицинской химии Тольяттинского госуниверситета.
– Мы поместили обработанный плавиковой кислотой сплав в агрессивную среду, схожую по свойствам с лимфой крови человека, выдержали там, и продукты того, что перешло в эту среду из сплава, использовали для воздействия на клетки. Выяснилось, что никакого цитотоксического влияния эти продукты на клетки не оказывают, а значит обработка сплава фтороводородом не приведёт к каким-то фатальным последствиям для человека, – рассказал директор центра медхимии ТГУ Александр Бунев.
Статья, подготовленная учёными Тольяттинского госуниверситета, была опубликована как приглашённая в журнале Metals Многопрофильного цифрового издательского института (MDPI). Это высокорейтинговый рецензируемый журнал по материаловедению и инженерии (уровень Q2) с открытым доступом, базирующийся в Базеле (Швейцария).
Контактное лицо: Ольга Колпашникова (написать письмо автору)
Компания: Тольяттинский государственный университет (все новости этой организации)
Добавлен: 22:33, 22.01.2024
Количество просмотров: 642
Страна: Россия
| Исследование ученых Пермского Политеха улучшит долговечность 3D-изделий, ПНИПУ, 04:25, 18.12.2024, Россия |
15 |
| Аддитивные технологии широко используются в тяжелом машиностроении и позволяют создавать очень точные и сложные конструкции, что невозможно при традиционных методах. Однако неравномерные свойства этих материалов снижают срок их службы, поэтому изменения нужно отслеживать. Ученые ПНИПУ расширили экспериментальную базу программ жизненного цикла 3D-изделий, чтобы обеспечить их качество и долговечность. |
|
| Ученые Пермского Политеха улучшили модель беспламенного горения в двигателях, ПНИПУ, 03:43, 18.12.2024, Россия |
26 |
| Турбулентные завихрения, возникающие внутри авиадвигателя, перемешивают кислород с топливом, что увеличивает скорость реакции горения. Моделирование этих процессов может предсказать поведение материалов и улучшить работу двигателя. Ученые Пермского Политеха выяснили, какой показатель турбулентности корректно использовать для построения модели. |
 |
| Дан старт проекту «Наука от Первых»: площадка для прямого диалога науки, бизнеса и власти, Пресс-служба, 03:35, 18.12.2024, |
17 |
| 10 декабря 2024 года в Москве состоялся торжественный запуск проекта «Наука от Первых», ставший важным шагом на пути к объединению усилий науки, бизнеса и государства. Цель данного амбициозного проекта заключается в интеграции передовых научно-технологических решений в реальный сектор экономики России, что должно способствовать устойчивому развитию и технологическому прогрессу в стране. |
|
| Ученые Пермского Политеха предложили модель для оптимизации гибки стальных листов, ПНИПУ, 04:36, 12.12.2024, Россия |
552 |
| В строительстве часто используют холодную гибку: металлу под давлением придают определенную форму без применения высоких температур. Однако если неправильно задать условия процесса, то можно получить некачественную деталь. Ученые Пермского Политеха предложили модель для оптимизации этого метода, что поможет подобрать лучшие режимы изготовления. |
 |
|
|
