Костная инженерия - перспективная и динамично развивающаяся область. На сегодняшний день только в США ежегодно прививается более полумиллиона костных имплантантов. Существующие методы пересадки (трансплантации) костной ткани имеют ряд существенных ограничений и не всегда приводят к желаемым результатам. В связи с этим большое внимание уделяют разработке синтетических пористых материалов. Ключевым фактором биосовместимости таких материалов, кроме химического состава, топологии и шероховатости поверхности, является сложная иерархическая структура, которая включает пористость на миллиметровом уровне, необходимую для транспорта питательных веществ и роста клеток костной ткани, а также наноструктурированную поверхность. Такая морфология близка по строению природной костной ткани.
В работе «A Biomimetic Hierarchical Scaffold: Natural Growth of Nanotitanates on Three-Dimensional Microporous Ti-Based Metals», опубликованной NanoLetters, предложено использование гидротермальных условий для создания трехмерной иерархической структуры, имитирующей кость человека (рис. 1). В качестве исходного материала выступали микропористые металлические сплавы Ti и NiTi, обладающие уникальной эластичностью, близкой к костной ткани, хорошими механическими свойствами и неплохой биосовметимостью. Синтез проходил при достаточно низких температурах в среде 10М NaOH. Контроль структуры материала осуществляли с помощью изменения температурно-временного режима. Синтез при 60˚С в течение 96 часов позволяет получить протяженный "наноскелет" (рис. 2е). Более длительный синтез, порядка 240 часов, необходим для структурирования поверхности (создания нанонитей и нанолент (рис. 3), которые обеспечивают лучшую связь между растущей костной тканью и субстратом). Повышение температуры эксперимента до 180˚С позволяет существенно сократить время синтеза до 12 и 72 часов, соответственно.
Смачиваемость – одно из важнейших свойств костных имплантантов, поскольку клеточная адгезия гораздо лучше протекает на гидрофильных поверхностях. Гидротермальная обработка позволяет значительно улучшить это свойство материала (рис. 4) из-за образования титаната натрия Na2Ti2O5·H2O. В его кристаллической структуре содержатся связанные молекулы воды, благодаря чему вещество гораздо лучше абсорбирует воду из окружающей среды.
Авторы работы надеются, что предложенная ими технология простого наноструктурирования поверхности в гидротермальных условиях найдет применение не только в медицине, но и для создания энергопоглощающих материалов и материалов для очистки окружающей среды от промышленных загрязнений.
