Наука против времени: новый материал из СГТУ помогает сердечным протезам служить дольше

Учёные Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю. А. (СГТУ) создали новый материал для покрытия протезов клапанов сердца.

Он повышает износостойкость и долговечность изделий, что может продлить срок службы имплантов и снизить риск повторных операций. Разработка уже получила положительные результаты при лабораторных испытаниях.

Как работает новый материал

Исследователи применили усовершенствованную структуру покрытия на основе оксидной керамики. Такие материалы отличаются высокой прочностью, химической инертностью и безопасностью для организма.

"В результате исследования было установлено, что разработанный материал позволил достичь не только повышения износостойкости и микротвёрдости в сравнении с исходными образцами из материалов УСБ-15 и Y-TZP, но и увеличить способность поверхности отталкивать жидкость", — рассказал один из авторов проекта Роман Небогатиков.

Почему это важно? Поверхность клапана сердца постоянно контактирует с кровью и подвергается нагрузке десятков миллионов циклов сокращений. Любое трение приводит к постепенному износу. Новое покрытие делает материал более устойчивым к микродеформациям и снижает риск образования микротрещин, которые могут стать причиной отказа протеза.

Почему срок службы ограничен

По данным СГТУ, современный протез клапана сердца служит в среднем 25-30 лет. Основная причина ограниченного ресурса — циклические ударные и истирающие нагрузки, которые со временем разрушают материал.

Можно ли полностью устранить износ? Нет, но можно замедлить его. Именно на это и направлена разработка саратовских учёных. Материал увеличивает микротвёрдость, сохраняя при этом биосовместимость.

Сравнение с предыдущими поколениями показало: при равных условиях новые покрытия выдерживают на 15-20 % большее количество нагрузочных циклов без видимых повреждений. Это означает, что срок службы таких имплантов может превысить три десятилетия.

Почему керамика стала выбором медиков

Оксидная керамика используется в медицине уже несколько десятилетий, но учёные постоянно ищут способы повысить её надёжность. Преимущества очевидны: она не вызывает аллергических реакций, не вступает в химические реакции с тканями организма и устойчива к коррозии.

Почему не металл? Металлические клапаны долговечнее, но требуют постоянного приёма антикоагулянтов. Керамика, напротив, обеспечивает естественное взаимодействие с кровью, снижая риск тромбозов.

В пресс-службе СГТУ подчеркнули, что "усовершенствование протезов клапана сердца остаётся актуальной задачей современной биомедицины".

Керамические покрытия, разработанные в университете, обладают гидрофобными свойствами — они отталкивают жидкость. Это снижает адгезию клеток и белков, предотвращая образование нежелательных отложений на поверхности клапана.

Сравнение с существующими материалами

В медицинской практике сейчас применяются материалы УСБ-15, Y-TZP и ПГИ. Они хорошо зарекомендовали себя, но имеют предел износостойкости. Саратовская разработка объединяет их преимущества, устраняя при этом ключевой недостаток — повышенную чувствительность к микротрещинам.

Что изменится для пациентов? Повышение износостойкости означает меньшую вероятность повторной операции. Замена клапана — сложная и рискованная процедура, особенно для пожилых людей. Если новый материал позволит продлить срок службы хотя бы на несколько лет, это значительно улучшит прогноз.

Сравнение эксплуатационных свойств показывает:

• микротвёрдость увеличена на 18-22 %;
• коэффициент трения снижен почти вдвое;
• поверхность отталкивает жидкость лучше на 30 %.

Такие характеристики приближают керамические протезы по надёжности к металлическим, но без их побочных эффектов.

Потенциал дальнейших исследований

Сейчас команда СГТУ готовит серию биомедицинских испытаний на совместимость покрытия с тканями. Следующий этап — оценка его устойчивости при длительных нагрузках в условиях, приближённых к работе сердца.

Можно ли ожидать клинического применения в ближайшие годы? При положительных результатах предклинических тестов первые прототипы могут быть переданы в исследовательские клиники уже к 2027 году.

Учёные рассчитывают, что технология найдёт применение не только в сердечно-сосудистой хирургии, но и в других областях протезирования — например, в имплантах суставов и зубных коронках.

Наука и медицина: курс на долговечность

Современная кардиохирургия движется к созданию "вечных" клапанов, которые могли бы служить пациенту всю жизнь. Но пока главная цель — замедлить износ и обеспечить стабильную работу импланта на десятилетия.

Что произойдёт, если такие материалы войдут в массовое производство? Это позволит снизить расходы системы здравоохранения и сократить очереди на повторные операции. Для пациентов — это шанс прожить больше лет без вмешательства.

Работа саратовских исследователей подтверждает: инновации в материалах не менее важны, чем хирургические технологии. Именно от них зависит, насколько надёжно будет работать искусственное сердце.