​Хоть внимание общества и привлечено сегодня к коронавирусу, не стоит забывать, что одной из основных причин смертности россиян остаются сердечно-сосудистые заболевания. Кроме профилактики и доступной медицинской помощи справиться с этим поможет наука. Так, результаты исследований ученых из ИСЭ СО РАН позволят улучшить работу механических насосов для сердца путем нанесения на их детали специального кремний-углеродного (a-C: H:SiOx) покрытия. 

Выровнять и нанести 

Комплекс работ был начат два года назад молодым исследователем Александром Гренадеровым, который в 2018 году защитил кандидатскую диссертацию, посвященную применению кремний-углеродных пленок для повышения износостойкости материалов и обеспечения просветления кремниевых пластин в инфракрасной области длин волн. 

– Тогда я не думал, что эти результаты могут быть интересны для применения в медицине, – рассказывает он. – Мне попалась интересная статья, в которой представители компании «ИМПУЛЬС-проект» рассказывали о проблемах создания механических насосов для сердца. Это медицинское изделие является одним из самых востребованных в кардиологии, однако некоторые импортные насосы имеют ряд существенных недостатков: это недостаточная износостойкость, тромбообразование на внутренних поверхностях изделий и разрушение эритроцитов в процессе перекачки крови. Так родилась идея – попробовать наносить кремний-углеродные пленки на титановые изделия насосов, тем самым улучшив свойства отечественных медицинских имплантатов. ​

Дело в том, что компания «ИМПУЛЬС-проект» производит механические насосы из титана (этот материал сейчас один из самых востребованных в производстве имплантатов), поверхность которого достаточно шероховатая. Если сразу наносить пленку на такую поверхность, то она будет повторять ее рельеф, что не позволит добиться требуемых свойств материала. 

В ИСЭ СО РАН подошли к этой проблеме комплексно: так как в отличие от сталей полировать титан проблематично, то сначала в лаборатории вакуумной электроники поверхность изделий насосов подвергается электронно-пучковой обработке, что способствует ее сглаживанию. Только после этого наносят кремний-углеродные пленки, придающие износостойкость и биосовместимость деталям насоса. Александр Сергеевич показывает установку, разработанную в институте и модернизированную именно под эту задачу. На сегодняшний день установка управляется с помощью ручного поста. Она состоит из рабочей камеры (на одном из фланцев которой установлен технологический источник, обеспечивающий нанесение кремний-углеродных пленок), системы откачки и стойки с источниками электропитания. 

От испытаний до серийного производства 

Сегодня исследования ведутся в кооперации с Национальным медицинским исследовательским центром им. Е. Н. Мешалкина (г. Новосибирск), Балтийским федеральным университетом им. И. Канта (г. Калининград), инновационной компанией АО «НПК «ИМПУЛЬС-проект» (г. Новосибирск) и Индийским технологическим институтом Мадраса (г. Ченнаи). 

В ходе реализации гранта РНФ, который должен завершиться в конце 2021 года, всеми организациями-партнерами был проведен ряд экспериментов и испытаний, которые показали очень хорошие результаты. Помимо высокой износостойкости, насосы обладают хорошей инертностью (то есть не отторгаются организмом как чуждое инородное тело), их применение не приводит к гибели лейкоцитов, разрушению эритроцитов и тромбообразованию. В ближайшее время в Индии будет проведен дополнительный комплекс исследований, касающийся жизнедеятельности различных клеток в зависимости от времени воздействия. 

Параллельно промышленный партнер АО «НПК «ИМПУЛЬС-проект» в рамках проекта Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере осуществляет модификацию насоса. Уже были проведены успешные клинические испытания на животных, которые показали, что такое медицинское изделие приживается очень хорошо. Значимым событием стало получение патента РФ на технологию по нанесению кремний-углеродных пленок. Впереди – следующий значимый этап внедрения изделий, начало их применения в НМИЦ им. Е. Н. Мешалкина и другими медицинскими учреждениями России. 

Как отметил Александр Гренадеров, в планах – и открытие инновационного предприятия, которое будет развивать технологии по нанесению различных покрытий на изделия медицинского назначения, и создание высокопроизводительной установки, способной обрабатывать небольшие серийные партии. Помимо механических насосов, пленки будут наноситься на медицинские инструменты (это направление деятельности поддержано грантом президента РФ): предварительные результаты показали, что инструменты с упрочненной поверхностью обладают высокой износостойкостью, улучшенными коррозионными и механическими свойствами и способны выдержать больше циклов стерилизации. Таким образом, разработки ученых Института сильноточной электроники СО РАН помогут развитию отечественной медицины. 

Фото: Алексей Вшивков 

Источники

Новую жизнь для сердца подарит разработка томских ученых
Томские новости (tomsk-novosti.ru), 17/07/2020

Похожие новости

  • 15/06/2020

    Ученые усовершенствовали насосы для сердца

    Ученые из Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) улучшили работу механических насосов для сердца путем нанесения на их детали специального кремний-углеродного покрытия. Комплекс работ был начат два года назад научным сотрудником лаборатории прикладной электроники ИСЭ СО РАН кандидатом технических наук Александром Сергеевичем Гренадеровым, который в 2018 году защитил кандидатскую диссертацию, посвященную применению кремний-углеродных пленок для повышения износостойкости материалов и обеспечения просветления кремниевых пластин в инфракрасной области длин волн.
    372
  • 25/10/2019

    Василий Ярных: благодаря РНФ наше направление науки развилось в России просто с нуля

    ​Недавно стало известно, что нейробиологи из Томска под руководством профессора Василия Ярных планируют использовать новый подход для исследования повреждений головного мозга у пациентов с болезнью Паркинсона.
    1452
  • 14/08/2020

    «Суп» для плазмы: беседа с молодым учёным ИСЭ СО РАН

    ​– Еще как может! – считает заведующий лабораторией оптических излучений Института сильноточной электроники СО РАН кандидат физико-математических наук Дмитрий Сорокин. – Тем более в наши дни, когда для поддержки новоиспеченных кандидатов и аспирантов создано немало грантообразующих фондов, таких как Российский фонд фундаментальных исследований и Российский научный фонд.
    499
  • 27/11/2019

    Сибирские ученые разрабатывают новые технологии для очистки воды

    ​Сотрудники лаборатории инженерной экологии Байкальского института природопользования СО РАН (Улан-Удэ) создают комбинированные методы для очистки сточных и других вод. Эти методы основаны на применении окислительных реакций с использованием физически стимулированных процессов.
    745
  • 04/06/2019

    Обская стерлядь генетически более разнообразна, чем енисейская

    ​Ученые Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН с коллегами из Томска, Красноярска, Санкт-Петербурга и Ульяновска исследовали генетическое разнообразие стерляди в бассейнах сибирских рек и выяснили, что обь-иртышская и енисейская популяции изолированы друг от друга.
    973
  • 20/10/2020

    Учёные разработали способ мониторинга миграции молодых нейронов

    Нейробиологи ТГУ совместно с коллегами из Бельгии и США создали неинвазивный инструмент, с помощью которого можно отслеживать передвижение молодых нейронов. Для этого ученые помечают новые клетки головного мозга специальным маркёром, который виден на МРТ.
    416
  • 13/05/2020

    Безопасный способ борьбы с тромбозами при коронавирусе предложили сибирские ученые

    ​Как известно, одна из главных причин высокой летальности от коронавирусной инфекции — ассоциированная пневмония. Принципиально важно, что это не обычная бактериальная патология, а острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС).
    2246
  • 10/03/2017

    Российские ученые разработали новое вещество против вируса гриппа на основе природных соединений

    ​Ученые из Новосибирского института органической химии имени Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и Научно-исследовательского института гриппа в Санкт-Петербурге разработали новый продукт широкого спектра противовирусной активности, в основе которого лежат природные соединения: терпены и терпеноиды.
    4308
  • 19/07/2019

    В ИЯФ СО РАН создают установку для щадящего избавления пациентов от рака

    Иногда путь перспективных, казалось бы, технологий в повседневную реальность тернист. Достаточно вспомнить управляемый термоядерный синтез. Особенно обидно, когда речь идет о спасении человеческих жизней, а методика лечения многие десятилетия остается экспериментальной.
    851
  • 11/08/2020

    Байкал оценят «цифрой»: о создании системы мониторинга экологии озера

    ​​Учёные из Сибири получили грант Министерства науки и высшего образования России в размере 300 млн рублей на создание фундаментальной основы и разработку технологий цифрового мониторинга и прогнозирования экологической обстановки на Байкале.
    599