Физики создают базу условий для спекания сплавов с разными свойствами
3 Марта 2020

Команда молодых ученых ТГУ начала эксперименты in-vitro для исследования биосовместимости нового пористого материала на основе никелида титана (TiNi) с тканями человека. Задача физиков – разработать комплекс условий, при соблюдении которых можно будет создавать сплавы на основе TiNi с определенными характеристиками – для изготовления медицинских имплантатов либо устройств, работающих на Крайнем Севере в условиях низких температур, и, напротив, с жаропрочными свойствами.

Ранее сотрудники лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы СФТИ ТГУ разработали новый способ получения сплавов со специальными террасами для лучшей адгезии – «сцепки»с живыми тканями. Сейчас при поддержке РНФ они разрабатывают условия для получения пористых образцов на основе никелида титана различного состава и структуры. Грант «Разработка метода реакционно-диффузионного спекания для создания биосовместимых пористых материалов на основе никелида титана с развитой террасовидной поверхностью стенок пор и гистерезисным характером формоизменения»№ 19-79-10045 рассчитан на три года, сумма финансирования – 15 млн рублей.

– Свойств у материала, используемого для имплантатов, очень много: пористость, распределение пор, средний размер пор, химический состав, деформируемость – но для каждого случая нужны определенные параметры. Где-то важнее прочность, а где-то – способность растягиваться и сжиматься совместно с тканями организма человека, – рассказывает руководитель проекта Сергей Аникеев, старший научный сотрудник лаборатории. – Получение большого спектра материалов позволяет охватить множество его свойств и подобрать режим для получения необходимой характеристики.

Для тестирования образцов разной конфигурации на совместимость с живыми тканями ученые используют раковые клетки молочной железы – они ускоренно делятся на протяжении долгого времени и хорошо подходят для экспериментов. Для проведения исследований в ТГУ изготовлены специальные образцы с «двумерной» пористой структурой: их получают путем припекания порошка TiNi на поверхность монолитных пластин.

– Мы помещаем материал в клеточную среду и смотрим, насколько клетки там разрастаются или умирают. А дальше, в зависимости от этого теста, решаем, что необходимо улучшить, как модифицировать материал, – рассказывает Олег Кокорев, доктор медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории. – Если раньше все тесты по биосовместимости проводились в основном на животных, то сейчас это можно изучать на различных клетках человеческого организма в эксперименте in-vitro, это входит во все стандарты.

Результаты проекта войдут в основу разработки отечественной технологии получения новых биосовместимых пористо-проницаемых материалов на основе никелида титана с оптимальными конструкционными и функциональными свойствами для использования в имплантологии. Однако ученые подчеркивают, что подобные сплавы будут востребованы и для создания материалов для эксплуатации в условиях Крайнего Севера или, напротив, при высоких температурах.

Исследования в области разработки новых материалов, способов их конструирования, производства проводятся в рамках Стратегии научно-технического развития (СНТР) Российской Федерации и реализации нацпроекта «Наука».  В 2019 году ученые ТГУ получили патент № 2687386 «Способ получения пористого сплава на основе TiNi», где описана методика получения пористого материала методом диффузионного спекания с оптимальными макро- и микроструктурными параметрами.