Ученые из Института физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск) совместно с компанией-резидентом Технопарка новосибирского Академгородка ООО «Ангиолайн» нашли способ улучшить сердечные импланты, способные предотвратить инсульты у людей, страдающих мерцательной аритмией.

Имплант представляет собой зонтичный стент, изготовленный из никелида титана – материала, обладающего высокой коррозионной и эрозионной стойкостью, а также памятью формы. Импланты, производимые ООО «Ангиолайн», при помощи созданной в ИФПМ СО РАН технологии обрабатываются особым образом, что приводит к улучшению биосовместимости, а также физических, химических и механических свойств.

Суть метода такой модификации, предложенного сибирскими учеными, заключается в следующем: структура и характеристики тонкого поверхностного слоя преобразуются путем бомбардировки потоком ускоренных до некоторых средних величин энергий (обычно это 60–80 кэВ, в отличие от «низких» 20–40 кэВ и «высоких» – 1МэВ и более) ионов, называемых также ионами внедрения. Они оказываются способными не только оказать прямое воздействие на «оболочку» твердого тела, но и пройти некоторый путь внутри него, соударяясь с атомами субстанции.

«Смещение этих атомов из их положений равновесия приводит к образованию различного типа дефектов кристаллического строения на траектории следования нашего иона внедрения, – объясняет ведущий научный сотрудник ИФПМ СО РАН доктор физико-математических наук Людмила Леонидовна Мейснер. – Когда его энергия оказывается полностью израсходованной на все возможные виды взаимодействия с твердым телом, он останавливается. При этом у каждого пройденные внутри мишени пути будут иметь свои значения. Для тех энергетических пучков, которые используем мы, длина проективного пробега иона составляет величину, близкую к 100 нанометрам».

В результате такой обработки внутри тонкого, глубиной до 100 нм, слоя подвергающегося воздействию импланта накапливается и сложным образом распределяется химический элемент, доставляемый ионным пучком. По словам Людмилы Мейснер, атомы этого химического элемента далее могут не только вступить во взаимодействие с частицами матрицы, образуя новые фазы, но и сегрегировать, формируя новое вещество на своей основе:

«В итоге поверхностный слой имплантата по своей структуре, фазовому составу и свойствам оказывается сильно отличающимся от материала-основы».

«Преимущество нашего метода заключается в возможности строго контролировать химический состав в потоке ионов, обеспечивая внедрение только «нужных»; накапливаемую концентрацию внутри обрабатываемого слоя; температуру на поверхности импланта (что крайне значимо для некоторых видов материалов), – говорит Людмила Мейснер. – Наконец, свою роль играет также и то, что модификации подвергается не весь объект, а только его тонкий пласт. Следовательно, важные свойства самого материала, из которого изготовлен имплант – эффекты памяти формы и сверхэластичности – сохраняются».

Химический элемент, который «доставляется» на поверхность, был определен в ходе исследований, которые проводились совместно ИФПМ и Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН – им стал кремний. Он, наряду с высокой биосовместимостью обладает также и способностью регулировать деление и размножение клеток на поверхности имплантов, обеспечивая их быструю интеграцию в организм человека.