Ученые НИТУ «МИСиС» вместе с канадскими коллегами разработали сплав с памятью формы, упругость которого идентична этой же характеристике костной ткани. Созданный только из биосовместимых металлов (титана, циркония и ниобия) материал может серьезно продлить срок службы медицинских имплантатов. Руководителем работ в НИТУ «МИСиС» является профессор Сергей Прокошкин. Статья о разработке опубликована в журнале Materials Science and Engineering: A.
Человеческая костная ткань долгое время оставалась уникальной по своим свойствам: она одновременно прочна и упруга, что позволяет ей десятилетиями работать в организме при постоянных циклических нагрузках. Но иногда кости повреждаются настолько, что им необходима замена.
В последние годы самыми распространенными заменителями костей стали титановые имплантаты, совместимые с живыми тканями человеческого тела. Однако и у них есть недостаток — они не такие гибкие, как кости. Это зачастую приводит к нарушению механико-биологического равновесия в организме человека. Костная ткань перестает получать нагрузки — их берет на себя более жесткий материал имплантата. В итоге клетки ткани отмирают, так как организм перестает считать их нужными. Из-за этого пропадает связь имплантата с костью, он расшатывается и уже сам нуждается в замене.
Как и предыдущий, титановый, сплав титан-цирконий-ниобий очень устойчив к воздействию такой агрессивной среды, как человеческий организм. А из-за одинаковой с костью упругости сделанные из этого сплава имплантаты получатся намного более долговечными.
«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 температурах. 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 долговечностью в условиях повышенных деформаций при эксплуатации, а благодаря низкой жесткости будет уменьшен риск нанести травму пациенту, а качество его жизни улучшится,» — рассказывает один из разработчиков, старший научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением НИТУ «МИСиС» Вадим Шереметьев.
Новый сверхупругий сплав также можно использовать в персонализированной медицине. Ученые научились формировать его в виде порошка заданного состава. Это сделало материал пригодным для аддитивных технологий. Поэтому при помощи 3D-печати из него можно делать персонализированные металлические имплантаты заданной степени пористости.
«Материал обладает низким значением модуля Юнга
(30–50 гигапаскаль), поэтому является сверхупругим и не препятствует получению необходимой для костной ткани нагрузки. Сплав обладает высокой коррозионной стойкостью. Возможно его использование в качестве альтернативы зарубежным изобретениям (Dynesis, PEEK), которые широко применяются в медицине. Вероятно, технологии на основе нового материала найдут применение в качестве функционального метода стабилизации при лечении различных дегенеративных заболеваний и деформаций позвоночника. Мне представляется, что разработанный новый сплав имеет очень большие перспективы в травматологии, ортопедии и вертебрологии», — комментирует руководитель группы вертебрологии Центрального научно-исследовательского института травматологии и ортопедии имени Приорова Александр Кулешов.
