Эксперименты подтвердили, что фумарат натрия в 5–7 раз замедляет коррозию. Благодаря этому потенциально его можно будет применять в составе защитных покрытий для медицинских имплантатов из магниевых сплавов.
Магниевые сплавы благодаря своей низкой плотности, высокой удельной прочности и легкости обработки считаются привлекательным материалом для техники и медицины. В частности, из них можно создавать костные имплантаты, которые помещают на место поврежденной костной ткани, чтобы ее временно заменить и ускорить заживление травмы. Однако магниевые сплавы имеют серьезный недостаток — они склонны к интенсивной коррозии, то есть быстро разрушаются под действием такой агрессивной окружающей среды как плазма крови человека. Из-за этого восстанавливающаяся кость может преждевременно лишиться «поддержки» в виде имплантата и неправильно срастись или вновь повредиться.
Чтобы предотвратить преждевременное разрушение имплантата, специалисты наносят на магниевые сплавы защитные покрытия. Один из перспективных методов, который ученые используют для формирования антикоррозионных слоев, — это плазменное электролитическое оксидирование (ПЭО). В рамках такого подхода на сплаве формируют керамикоподобную защитную пленку, помещая образец в раствор и пропуская через него электрический ток. Создаваемые ПЭО-покрытия биосовместимы и имеют пористую поверхность, похожую на структуру кости, которая ускоряет восстановление ткани. Кроме того, в поры материала можно помещать дополнительные соединения, которые улучшают свойства покрытия.
Ранее ученые из Института химии Дальневосточного отделения РАН (Владивосток) разработали различные типы защитных ПЭО-покрытий для магниевых сплавов, одно из которых, например, содержало минерал гидроксиапатит (естественный компонент костной ткани), а другое — антибактериальное вещество 8-оксихинолин. В новой работе авторы решили усилить состав покрытия солями карбоновых кислот — экологически чистыми («зелеными») ингибиторами коррозии металлов. Такие вещества безопасны как для окружающей среды, так и для организма человека.
«Исследованные в данной работе и в прошлых статьях smart-покрытия имеют разный механизм защитного действия. Продолжать поиск новых ингибиторов необходимо, поскольку для разработки надежного способа антикоррозионной защиты важно установить влияние различных веществ на скорость разрушение материала, а затем выбрать из них лучшие», — рассказал руководитель проекта Андрей Гнеденков, доктор химических наук, профессор РАН, главный научный сотрудник, заведующий молодежной лабораторией электрохимических сканирующих и синхротронных методов исследования гетерогенных и гибридных материалов Института химии Дальневосточного отделения РАН.
Ученые исследовали влияние ингибиторов на скорость разрушения двух сплавов — из магния, марганца и церия, а также из магния и кальция. Для этого химики поместили сплавы в раствор, по химическому составу напоминающий внутреннюю среду человеческого организма. В контрольные растворы исследователи больше ничего не вносили, а в экспериментальные добавили ингибиторы — соли карбоновых кислот (фумарат натрия, гликолят натрия и глюконат натрия). В течение недели химики наблюдали и оценивали с помощью физико-химических методов, насколько быстро в таких условиях разрушаются сплавы.Лучше всего (в 5–7 раз) коррозию замедлял фумарат натрия. Это объясняется тем, что фумарат «садится» на поверхность сплава, образуя на ней плотную двумерную сеть, через которую к металлам не могут проникнуть агрессивные хлорид-ионы, приводящие к разрушению. Гликолят и глюконат натрия также окружают поверхность сплава, формируя защитную пленку, однако они не способны столь значительно снизить интенсивность разрушения, замедляя коррозию в 2–3 раза.
Исследователи проверили совместимость всех трех ингибиторов с ПЭО-покрытием, чтобы выяснить, можно ли будет включить соли карбоновых кислот в такую пленку и помогут ли они повысить эффективность защитного слоя. В новом эксперименте в раствор, имитирующий среду человеческого организма, ученые помещали образец сплава с ПЭО-покрытием. В таких условиях фумарат натрия также показал самую высокую активность, до семи раз снизив скорость разрушения сплава.
«Далее нам предстоит разработать биосовместимое самовосстанавливающееся ПЭО-покрытие, пропитанное исследованными в данной работе ингибиторами. Потенциально его можно будет использовать в хирургии, чтобы предотвратить преждевременное разрушение костных имплантатов на основе магниевых сплавов. Более того, можно заполнить пористый слой различными ингибиторами коррозии, выбранными в рамках данного исследования и установленными в предыдущих работах. Это позволит усилить действие веществ при реализации эффекта самозалечивания и повысить антибактериальную активность гибридного слоя», — отметил Андрей Гнеденков.
Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда опубликованы в Journal of Magnesium and Alloys.
