В ИТМО разработали роботизированный комплекс для обработки медицинских имплантатов

Ученые Университета «ИТМО» разработали универсальный роботизированный комплекс для лазерной обработки поверхностей медицинских изделий, например дентальных и черепных имплантатов. Загрузив 3D-модель имплантата в специальную программу, можно задавать траекторию обработки и придавать поверхностям антибактериальные свойства и биосовместимость.

Обычно для повышения биосовместимости поверхности имплантатов подвергают пескоструйной обработке, повышающей шероховатость, а затем выполняют травление сильными кислотами и анодирование для придания антибактериальных свойств. Единой системы, позволяющей обрабатывать имплантаты с помощью одной технологической установки, до сих пор не существовало. Такую систему предложили исследователи ИТМО, сообщает пресс-служба вуза.

Научные сотрудники Института лазерных технологий ИТМО вместе с индустриальным партнером ― компанией «Лазерный центр» ― разработали универсальный роботизированный комплекс для обработки поверхностей медицинских изделий. Комплекс оснащен волоконной лазерной системой и позволяет обрабатывать как медицинские изделия, например скальпели и хирургические ножницы, так и имплантаты для разных частей тела — зубов, черепа, тазобедренных и коленных суставов. Все изделия можно обрабатывать «под ключ» в единой системе.

При лазерном нагреве на поверхностях титановых имплантатов формируются оксидные пленки, которые при последующем ультрафиолетовом облучении проявляют бактерицидные свойства. С помощью лазера на поверхностях также формируется биомиметический микро- и нанорельеф, способствующий адгезии белков на ранних этапах остеоинтеграции, клеточной пролиферации и дифференцировке. Это и обеспечивает успешную приживаемость имплантата в организме. Еще одна возможность системы — нанесения нетоксичных идентификационных знаков на поверхности медицинских титановых изделий. Обязательная по закону маркировка позволяет отслеживать жизненные циклы продуктов — от разных этапов производства до конечного пользователя.

Роботизированный комплекс работает с медицинскими изделиями, создаваемыми под конкретные случаи: достаточно загрузить в программу 3D-модель имплантата и указать, какие элементы трехмерной электронной геометрической модели нужно обработать. В состав комплекса входят шестиосевой робот-манипулятор и лазерная сканирующая система, повышающая точность позиционирования. Возможность ориентации лазерного луча относительно поверхности изделия по всем шести пространственным координатам позволяет обрабатывать изделия сложной формы в одном технологическом цикле.

Чтобы операторам было проще определять положение изделий, команда 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.

«Те роботизированные решения, которые на сегодня внедрены в промышленности, заточены под обработку изделий, выпускаемых крупными сериями. Оператор задает комплексу программу в виде последовательности действий, заточенных под конкретные изделия, и затем установка многократно повторяет эти действия. Такой подход очень тяжело применять при производстве мелкосерийных или уникальных изделий, так как для каждого нового изделия требуется трудоемкая подготовка программы, а наша разработка позволяет быстро подготовить программу для нового изделия и сразу запустить его обработку», — пояснил научный сотрудник Института лазерных технологий ИТМО Федор Иночкин.

Также команда проекта создала автоматизированный компактный лазерный комплекс для обработки дентальных имплантатов и их компонентов. В отличие от универсальной лазерной установки, этот комплекс предназначен для придания антибактериальных свойств и биосовместимости конкретным медицинским изделиям.

«Функционал у обеих установок отличается, и это влияет на их стоимость и выбор конечного потребителя. Если производителю нужно обрабатывать узкий диапазон медицинских изделий, например только дентальные имплантаты, ему подойдет второй автоматизированный комплекс. Первый универсальный роботизированный комплекс предназначен для работы с более широким спектром медицинских изделий, в том числе индивидуальных. Например, если человек получил травму черепа, для него создается черепной имплантат, который учитывает индивидуальные особенности человека. Универсальный роботизированный комплекс позволяет придавать требуемый набор функциональных свойств персонализированным имплантатам с учетом их уникальной формы», — рассказала младшая научная сотрудница Института лазерных технологий ИТМО Юлия Карлагина.

Разработчики уже провели доклинические исследования обработанных изделий и получили рекомендацию к клиническим испытаниям. Дальше планируется провести приемочные испытания, после которых комплексы будут готовы к эксплуатации и серийному производству. Команда намерена привлечь новых индустриальных партнеров.

«У нас уже есть технологии функционализации поверхности имплантатов, и сейчас вместе с «Лазерным центром» мы будем искать потенциальных партнеров, которые смогут внедрить их на свое производство. Также мы можем под запрос партнера модифицировать комплексы. Например, добавить второго робота-манипулятора, который будет вместо оператора доставлять в установку новые имплантаты», — рассказала старшая научная сотрудница Института лазерных технологий ИТМО Галина Романова.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.