Группа молодых исследователей из НИТУ «МИСиС» вместе с канадскими коллегами разработала сплав с памятью формы, обладающий такой же упругостью, как у костной ткани. Созданный только из биосовместимых металлов — титана, циркония и ниобия, за счет своих биомеханических свойств сплав может серьезно продлить срок службы медицинских имплантатов.
Человеческая костная ткань долгое время оставалась уникальным по своим свойствам материалом: она одновременно прочна и упруга, что позволяет ей десятилетиями работать в человеческом организме, постоянно подвергаясь циклическим нагрузкам. Однако иногда кости все-таки повреждаются так, что им необходима замена.
Самыми распространенными заменителями костей в последние годы стали титановые имплантаты. Однако у них есть проблема — при всей своей биосовместимости они не такие гибкие, как кости. Такое различие часто приводит к нарушению механико-биологического равновесия в организме человека. Клетки костной ткани, которая перестает получать нагрузки из-за более жесткого материала имплантата, принимающего их на себя, отмирают. Вследствие чего пропадает механическая связь с костью, имплантат расшатывается и уже сам нуждается в замене.
Выход из ситуации удалось найти в создании нового биосовместимого сплава. «Группа молодых исследователей НИТУ „МИСиС“ под руководством д.ф.-м.н., профессора Сергея Прокошкина совместно коллегами из Высшей технологической школы (ВТШ, Монреаль, Канада) на основе титана, циркония и ниобия разработала сплав с памятью формы, максимально похожий по биомеханическим свойствам на костную ткань, — рассказала ректор НИТУ „МИСиС“ Алевтина Черникова. — Материал может применяться в качестве медицинского имплантата для замены костной ткани».
Как и предыдущий титановый сплав, титан-цирконий-ниобий очень устойчив к воздействию такой агрессивной среды, как человеческий организм. А из-за сочетания с биомеханической совместимостью сделанные из нового сплава имплантаты получатся намного долговечнее.
О практическом применении сплава рассказывает один из разработчиков — старший научный сотрудник НИТУ «МИСиС» Вадим Шереметьев: «Сейчас наша международная научная группа вместе с индустриальным партнером — ООО „КОНМЕТ“ разрабатывает промышленную технологию получения заготовок — прутков круглого сечения для будущих имплантатов. Чтобы сформировать в длинномерных продуктах сплава внутреннюю структуру, обеспечивающую наилучшее сочетание его функциональных свойств, требуется строго определенная последовательность процедур, включающая разные виды обработки заготовки давлением при высоких значениях температуры. Из получаемых прутков планируется изготавливать балки для систем транспедикулярной фиксации позвоночника. Такие системы крепятся к позвоночнику через ножку (педикулу) позвонка, откуда и пошло название процедуры. Применяются они для лечения сложных форм сколиоза. Балки из сплава титан-цирконий-ниобий будут обладать высокой функциональной усталостной долговечностью в условиях повышенных деформаций при эксплуатации, а благодаря низкой жесткости будет уменьшен риск нанести травму пациенту, и качество его жизни улучшится».
Новый сверхупругий сплав также можно использовать в персонализированной медицине. Ученые научились формировать сплав титан-цирконий-ниобий в виде порошка заданного состава, что сделало его пригодным для аддитивных технологий. Так что теперь при помощи 3D-печати из него можно делать персонализированные металлические имплантаты заданной степени пористости.
