В Институте неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН разработан новый метод создания усовершенствованных электродов для кардиостимуляторов и диагностического оборудования.

Он основан на нанесении функциональных покрытий из платиновых металлов на дешевый и технологичный носитель путем химического осаждения из газовой фазы. Новая разработка позволяет улучшить ряд характеристик электродов и снизить расход благородного металла.

Электроды являются одними из ключевых деталей ряда устройств для выявления аритмии и поддержания жизни при этом заболевании. Они вводятся в различные участки сердца и доставляют электрические импульсы непосредственно к мышцам в процессе определения собственного ритма сердцебиения пациента (при диагностике) или сообщения сердцу правильного ритма (при лечении).

Ученые улучшили способность электродов принимать сигнал, повысили их чувствительность и износостойкость, а также нарастили площадь поверхности контакта, соприкасающегося с мышцей, чтобы увеличить количество заряда, которое прибор может передать сердцу, не повредив ткань. Для этого исследователи из ИНХ СО РАН видоизменили поверхность наконечника электрода путем образования на ней специального покрытия с помощью метода химического осаждения из паров металлорганических соединений (MOCVD). В качестве материалов осаждения были выбраны платина и иридий, потому что эти металлы биосовместимы, слабо подвержены коррозии, но при этом по своим электрохимическим характеристикам подходят для электродов и активно используются в коммерческих устройствах.

«Хотя метод MOCVD — один из самых высокотехнологичных, его суть проста: сначала мы нагреваем и переводим в газовую фазу летучее соединение, содержащее металл, который необходимо нанести на электрод. Потом доставляем пары до поверхности проводника, где под воздействием высокой температуры и газа-реагента летучий комплекс металла разлагается и формирует необходимое покрытие. Получается некий круговорот металла, однако с использованием такого подхода можно формировать равномерные покрытия нужного состава и строения на изделиях практически любой формы, — а наконечники электродов как раз отличаются относительно сложной геометрией (микроразмерные полусферы или цилиндры). Таким образом, кроме прочего, мы минимизируем расход благородного металла: теперь электрод можно не изготавливать из чистой платины, а только покрыть ей поверхность контактов», — объясняет кандидат химических наук Светлана Игоревна Доровских.

В рамках проекта исследователи разрабатывают процессы осаждения платиновых покрытий на контакты электродов: нужно определить условия получения покрытий с такой микроструктурой, чтобы устройство функционировало максимально эффективно. Для увеличения емкости электрода необходимо сделать площадь рабочей поверхности максимальной, что и достигается путем формирования специальной морфологии — фракталоподобной (по типу цветной капусты).

«Мы работаем совместно с московской компанией ООО “Элестим-кардио” — это ведущий производитель кардиостимуляторов в России. Именно она является заказчиком нашего исследования — отечественных аналогов диагностических электродов пока нет», — поясняет Светлана Игоревна.

У ИНХ СО РАН и «Элестим-кардио» уже есть успешный опыт сотрудничества: в рамках федеральной целевой программы они совместно работали над покрытиями электродов для кардиостимуляторов. Тогда были получены образцы, равные или превосходящие по качеству импортные аналоги. Была подтверждена стабильность и долговечность работы электродов: кардиостимулятор с этими элементами успешно прошел тестовые испытания на 315 млн импульсов (10 лет работы). Разработанную учеными технологию планируют внедрять в производство, и сейчас оптимизируют исследовательскую установку под промышленные нужды.

В перспективе исследователи ИНХ СО РАН планируют найти эффективные условия для осаждения платины на гибкие проводники из полимеров — элементы приборов нового поколения.

Проект «Химические газофазные процессы формирования платиносодержащих покрытий на деталях медицинских изделий» поддержан грантом Российского научного фонда № 18–73–00052.

Автор: Студентка ГИ НГУ Екатерина Глухова