Ученые Томского политехнического университета и их зарубежные коллеги синтезируют на поверхности титановых имплантатов нанотрубки из диоксида титана, на которые наносят кальций-фосфатные покрытия, идентичные по своему составу человеческой кости.

Благодаря таким покрытиям, во-первых, можно будет улучшить приживаемость костных имплантатов - нанотрубки за счет высоких значений удельной площади поверхности снизят нагрузку на имплантат, возникающую, когда человек двигается. А во-вторых, в них можно будет загружать еще и различные лекарственные вещества, которые будут поступать в организм пациента, помогая ему бороться с теми или иными заболеваниями.

Исследование проводят ученые Инженерной школы ядерных технологий и Инженерной школы новых производственных технологий Томского политеха совместно с ведущими экспертами в области медицинского материаловедения из Университета Дуйсбург (Германия), Технологического института Карлсруэ (КИТ, Германия), Калифорнийского университета Риверсайда (США) и множеством других научных организаций.

Как отмечают авторы разработки, титан сегодня широко используется для изготовления имплантатов, но он значительно тверже костной ткани из-за разных значений упругости. При движении пациента титан забирает на себя больше механической нагрузки, чем кости, что может привести к разрушению костной ткани.

"Нанотрубки позволяют решить эту проблему. Они как будто растут на поверхности имплантата ровным слоем, это своеобразная граница между костью и титаном. Нанотрубки просто не позволяют титану взять на себя больше механической нагрузки, чем костная ткань. Кроме того, титан биоинертен, он слабо взаимодействует с биологическими структурами и жидкостями. Чтобы он лучше приживался, его поверхность нужно изменять. Для этого мы покрываем нанотрубки различными покрытиями, которые "маскируют" имплантат под костную ткань, и он приживается быстрее", - рассказывает аспирант Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Роман Чернозем.

Нанотрубки представляют собой полые цилиндры из диоксида титана длиной от нескольких десятков нанометров до 8-10 микрометров. Они равномерным слоем покрывают поверхность титанового имплантата. Также их можно синтезировать и на поверхностях других сплавов.

Чтобы организм пациента не отторгал модифицированные имплантаты, нанотрубки делают идентичными по своему составу человеческой кости, нанося на них покрытия из кальций-фосфата или гидроксиапатита. Кальций и фосфор, входящие в состав кальций-фосфата, - основа неорганической фазы костной ткани. Гидроксиапатит, тоже относящийся к классу кальций-фосфатов, является основной минеральной составляющей костей и зубов.

Покрытия наносятся на нанотрубки методом высокочастотного магнетронного распыления. "Мишень", материал-основу для роста покрытия, бомбардируют ионы инертного газа и буквально выбивают из нее необходимые ионы, атомы и так далее, которые осаждаются тонким слоем на поверхности нанотрубок. Благодаря этому, покрытия обладают высокой адгезионной прочностью, то есть прочнее присоединяются к титану.

Добавим, аспиранту ТПУ Роману Чернозему первым в России удалось повторить эксперимент британских коллег и нанести на нанотрубки методом высокочастотного магнетронного распыления покрытие из гидроксиапатита. Кроме этого, проведя исследование, ученые ТПУ и их коллеги впервые установили, что на нанотрубках с меньшим диаметром (менее 100 нанометров) формируются покрытия на основе гидроксиапатита, а если их диаметр при тех же условиях увеличить - образуется уже кальций-фосфатное покрытие.

Это открытие позволит в будущем применять нанотрубки в различных медицинских целях. Например, для доставки лекарств в организм пациента - нанотрубки полые внутри и идеально подходят для того, чтобы загружать в них лекарственные вещества, доставляя их в нужный участок организма вместе с имплантатом.

"Нанотрубки позволяют контролировать скорость доставки лекарственных средств в организм пациента. Если они покрыты аморфным кальций-фосфатом, такое покрытие растворяется и выпускает лекарство в организм быстрее - от недели до месяца. Но есть случаи, когда нужен пролонгированный эффект - например, чтобы лекарство постепенно поступало в организм в течение года. Тогда на нанотрубки диоксида титана можно наносить покрытия из гидроксиапатита, состав которого представляет собой структурно упорядоченные элементы. В таком случае скорость растворения покрытия станет ниже. В перспективе эта технология позволит подходить к лечению и реабилитации каждого пациента более персонифицировано, подбирая именно тот тип нанотрубок для имплантатов, который нужен в каждом конкретном случае", - объясняет научный руководитель проекта, начальник Центра технологий ТПУ Роман Сурменев.

Подробнее об исследовании можно прочитать в научной статье, опубликованной в журнале Applied Surface Science (IF 3, 387; Q1).

Источники

Ученые ТПУ выращивают на титановых имплантатах нанотрубки для защиты костей от разрушения и транспортировки лекарств в организм
БезФормата.Ru Томск (tomsk.bezformata.ru), 09/01/2018
Ученые ТПУ выращивают на титановых имплантатах нанотрубки для защиты костей от разрушения и транспортировки лекарств в организм
Томский политехнический университет (tpu.ru), 09/01/2018
Ученые ТПУ расширили линейку нанопокрытий для костных имплантатов
РИА Томск (riatomsk.ru), 10/01/2018
Нанотрубки будут распределять в организме годовой запас лекарства
Sibnet.ru, 10/01/2018
Томские ученые выращивают нанотрубки для защиты костей и транспортировки лекарств в организм
БезФормата.Ru Томск (tomsk.bezformata.ru), 10/01/2018
Томские ученые выращивают нанотрубки для защиты костей и транспортировки лекарств в организм
ГТРК Томск, 10/01/2018
Томские ученые выращивают нанотрубки для защиты костей и транспортировки лекарств в организм
Google Новости ТОП, 10/01/2018
Томские ученые создали новое покрытие для костных имплантов с улучшенной приживаемостью
Новости@Rambler.ru, 10/01/2018
Томские ученые создали новое покрытие для костных имплантов с улучшенной приживаемостью
ТАСС, 10/01/2018
Томские ученые создали новое покрытие для костных имплантов с улучшенной приживаемостью
NewsRbk.ru, 10/01/2018
Томские ученые создали новое покрытие для костных имплантов с усовершенствованной приживаемостью
Talks (talks.su), 10/01/2018
Томские ученые выращивают нанотрубки для защиты костей и транспортировки фармацевтических средств в организм
Szaopressa.com, 10/01/2018
Ученые ТПУ расширили линейку нанопокрытий для костных имплантатов
РЫБИНСКonLine (ryb.ru), 10/01/2018
Томские ученые выращивают нанотрубки для защиты костей и транспортировки лекарств в организм
Mirtesen.sputnik.ru, 10/01/2018
В ТПУ создали новое нанопокрытие для костных имплантатов
В Томске (news.vtomske.ru), 11/01/2018
Томская область: В Томском политехе выращивают на титановых имплантатах нанотрубки для защиты костей и транспортировки лекарств в организм
Молодежное информационное агентство (miamir.ru), 10/01/2018

Похожие новости

  • 09/01/2017

    ТГУ создает 3D-фильм о раскопках курганов в тувинской Долине царей

    ​Сотрудники Томского госуниверситета (ТГУ) планируют в 2017 году выпустить фильм в 3D об археологических раскопках в тувинской Долине царей, сообщила РИА Томск завлабораторией "Артефакт" Ольга Зайцева.
    825
  • 04/10/2016

    В Airbus Safran Launchers заинтересовались созданным в Томске наноматериалом

    ​Airbus Safran Launchers (совместное предприятие авиакосмического концерна Airbus Group и французской корпорации Safran) заинтересовалась разработанной в Томском госуниверситете технологией получения наноматериала - легкого, как алюминий, и прочного, как сталь, сообщил завлабораторией высокоэнергетических и специальных материалов ВУЗа Александр Ворожцов.
    1003
  • 02/06/2017

    Алтайский госуниверситет встречает молодых ученых - участников Всероссийского конкурса СНО

    ​1 июня Алтайский государственный университет встречает участников III Всероссийского конкурса студенческих научных обществ и конструкторских бюро, в котором примут участие более 60 студенческих научных объединений со всей России.
    855
  • 28/06/2016

    3D-технологии завоевывают мир

    ​Вслед за автомобилями с автопилотом на дороги выходят самоуправляемые маршрутки. Первенцем новой концепции стал микроавтобус "Olli", созданный компанией Local Motors в сотрудничестве с IBM.  Как сообщает 3Dtoday, Local Motors наиболее известна в качестве первого производителя 3D-печатных автомобилей, а IBM предоставила необходимое аппаратное и программное обеспечение для интеграции 3D-печатного транспорта в облачный искусственный интеллект IBM Watson.
    1343
  • 03/07/2017

    Абитуриенты Томского госуниверситета создали бота для Telegram, сообщающего результаты ЕГЭ

    ​Абитуриенты Владимир Лебедев и Денис Шарапов подали документы в ТГУ одними из первых. Для поступления они выбрали недавно созданный Институт прикладной математики и компьютерных наук. Такой выбор не был спонтанным - ребята давно уже занимаются программированием, а примерно месяц назад они создали бота для Телеграм, который сообщал о результатах ЕГЭ.
    621
  • 20/03/2018

    Способ активации нанопорошка алюминия, разработанный учеными ТПУ, вошел в 100 лучших изобретений России

    ​Способ активации нанопорошка алюминия путем термического воздействия, разработанный научным коллективом Томского политехнического университета, вошел в число ста лучших изобретений России за 2017 год.
    147
  • 13/03/2018

    В Томске создают безэкипажный катер для работы с подводными аппаратами

    ​Безэкипажный катер, который разрабатывают ученые и магистранты Томского политехнического университета (ТПУ), позволит обслуживать подводные аппараты и навигационное оборудование для них, сообщил ТАСС научный руководитель проекта, заведующий лабораторией телекоммуникаций, приборостроения и морской геологии ТПУ Юрий Чурсин.
    135
  • 07/07/2016

    В ТПУ разработали универсальный порошок для дактилоскопии

    ​Универсальный порошок для дактилоскопии разработали в Томском политехническом университете. Авторами идеи стали студенты Энергетического института ТПУ. Основные преимущества новой разработки - получение более четкого следа отпечатка и универсальность.
    1078
  • 06/07/2016

    В Томском политехе разработали агроробота

    Ученые Юргинского технологического института (ЮТИ) Томского политехнического университета вместе со студентами разрабатывают агроробота, который сможет пахать землю, обрабатывать растения от вредителей и косить траву.
    1153
  • 07/08/2017

    Магистрант ТПУ будет разрабатывать алгоритмы для работы с большими данными

    ​Абитуриент Томского политехнического университета Алексей Кульневич - выпускник Северного (Арктического) федерального университета имени имени М. В. Ломоносова (г. Архангельск) - стал победителем олимпиады "Прорыв".
    489