Лазерное модифицирование поверхности титановых имплантов

Научные сотрудники Института лазерных технологий ИТМО вместе с индустриальным партнером ― компанией «Лазерный Центр» ― разработали лазерные комплексы для обработки поверхностей медицинских изделий и придания поверхности функциональных свойств — антибактериальности и биосовместимости. 

Лазерный комплекс BioStruct - оптимизированное под данные задачи лазерное оборудование.

С помощью разработанных технологий металлическим имплантатам на одном оборудовании удалось придать и антибактериальные и биосовместимые свойства, а также нанести маркировку. Чтобы получить нужный эффект, достаточно загрузить 3D-модель имплантата в специальную программу, задать траекторию обработки и выбрать требуемое свойство поверхности изделия.

Обычно чтобы придать биосовместимые свойства имплантату, его поверхность подвергают пескоструйной обработке, которая увеличивает шероховатость. Затем выполняют процедуру травления сильными кислотами и анодирование, чтобы придать поверхности антибактериальные свойства. Единой системы, которая позволила бы обработать имплантат с помощью одной технологической установки, нет. Как раз такую систему на базе лазерных технологий и предложили исследователи ИТМО.

С помощью лазерного комплекса можно обрабатывать и медицинские изделия, например скальпели и хирургические ножницы, и имплантаты для разных частей тела  — зубов, черепа, тазобедренного и коленного сустава.

Все изделия можно обрабатываются «под ключ» в единой системе. Команда проекта разработала и объединила лазерные технологии обработки поверхности, которые запускаются попеременно:

• Технология придания поверхности антибактериальных свойств. Она предотвращают бактериальные осложнения, приводящие в конечном счете к отторжению имплантата. При лазерном нагреве на поверхности титанового имплантата формируются оксидные пленки, которые при последующем облучении ультрафиолетовым источником проявляют бактерицидные свойства.
  
  
  
• Технология придания поверхности биосовместимых свойств. С помощью лазера на поверхности формируется особый рельеф с уникальными свойствами. Методом лазерной абляции создается биомиметический микро- и нанорельеф, который способствует хорошей адгезии белков на ранних этапах остеоинтеграции, клеточной пролиферации и дифференцировке. Это и обеспечивает успешную приживаемость имплантата в организме.
  
  
  
• Технология нанесения нетоксичных идентификационных знаков на поверхности медицинских титановых изделий. Обязательная по закону маркировка позволяет отследить жизненный цикл продукта — от разных этапов производства до конечного пользователя.
  
  
  

Чтобы оператору комплекса было проще определить положение изделия в реальности, команда проекта добавила в программное обеспечение систему компьютерного зрения. Помимо реального положения, система передает алгоритмам информацию о реальной ориентации и геометрических параметрах изделия для обеспечения прецизионной лазерной обработки.

Проект реализуется в рамках постановления Правительства РФ № 218. Заказчик — производитель лазерного оборудования ООО «Лазерный Центр». Также команда проекта продолжает активно развивать новые научные идеи по этой тематике в рамках программы «Приоритет-2030».