Профессор кафедры «Материаловедение и биомедицинская инженерия» Института машиностроения, материаловедения и транспорта СГТУ имени Гагарина Ю.А. Сергей Пичхидзе и аспирант направления «Биомеханика и биоинженерия» Роман Небогатиков предложили тип керамического покрытия для протезов клапана сердца, который позволит повысить их износостойкость.
Совершенствование подобных протезов остаётся актуальной задачей. Средний срок их службы на данный момент – 25-30 лет. Компоненты испытывают циклические ударные и истирающие нагрузки, и с этим связана необходимость повышения их срока службы, эксплуатационных свойств, а также выбор высокопрочных биосовместимых материалов.
Как отмечают авторы исследования, альтернативой материалам для протезов клапанов сердца, таких как УСБ-15 и ПГИ, являются оксидные керамики – они не оказывают токсического воздействия на организм человека, отличаются высокой устойчивостью к нагрузкам. Так, керамические изделия из диоксида циркония тетрагональной модификации, усиленного добавлением оксида иттрия (Y-TZP-керамика), широко используются в медицине благодаря своей надёжности и долговечности.
Учёными Политеха было предложено наноструктурированное керамическое покрытие из диоксида кремния и оксида хрома (SiO2-Cr2O3). Оно наносится на основу из диоксида циркония, стабилизированную оксидом иттрия (Y-TZP), с использованием метода магнетронного напыления постоянным током. Экспериментально доказано, что наилучшую устойчивость к износу и наивысшие показатели краевого угла смачивания (более 90º) обеспечивают покрытия толщиной от 140 до 360 нанометров. Они состоят из мельчайших частиц размером примерно 60 нанометров, имеют небольшую открытую пористость (не больше 3,5%), гладкую поверхность (шероховатость всего 5–15 нанометров) и высокую твёрдость (около 2000 единиц).
«В результате исследования было установлено, что разработанный материал позволил достичь не только повышения износостойкости и микротвердости в сравнении с исходными образцами из материалов УСБ-15 и Y-TZP, но и увеличить способность поверхности отталкивать жидкость», - подчеркнул Роман Небогатиков.
Работа над исследованием велась в рамках основного научного направления кафедры под руководством доктора технических наук, доцента, заведующего кафедрой «Материаловедение и биомедицинская инженерия» Александра Фомина. Статья, посвящённая данной разработке учёных, опубликована в журнале квартиля Q1 «Ceramics International» издательского дома Elsevier.