Учёные разработали антибактериальное покрытие для протезов, напечатанных на 3D-принтере

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.

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».

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