Ученые разработали эластичные пористые материалы для имплантатов
17 Ноября 2020

Материаловеды СФТИ ТГУ запатентовали способ получения материала для имплантатов, которые при нагрузке ведут себя так же, как и живые ткани организма. «Природоподобный» материал создается на основе прочного никелида титана, и с помощью добавок порошка титана ученые добиваются эластичного поведения и эффекта памяти формы. Свойства нового материала сравнимы с тем, как ведут себя костные ткани организма человека при физиологических нагрузках.

Задачей ученых ТГУ было получить такой материал для имплантатов, который бы был биосовместимым, высокопрочным, коррозионностойким и долговечным. Но при этом – подобен живым костным тканям организма. Получить такой материал удалось с помощью добавок порошка Ti к пористому порошковому сплаву на основе никелида титана. Добавки позволили регулировать коэффициент пористости и достигать при этом эластичного поведения и эффекта памяти формы.

создание материала

– Живые ткани изменяют свою форму под действием нагрузки не упруго, а по особой гистерезисной закономерности. Это очень необычный процесс: при начале деформирования биологическая система сильно сопротивляется и быстро накапливает напряжение, но потом выходит на плато – и дальше деформация идет без увеличения напряжений. А при разгрузке биологическая система как бы сопротивляется данной разгрузке и после снятия внешних напряжений полностью восстанавливает исходную форму, – объясняет один из авторов разработки Сергей Аникеев, старший научный сотрудник лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы СФТИ ТГУ.

Новый материал, способ получения которого запатентовали ученые ТГУ, при нагрузках ведет себя точно так же. В сплаве на основе никелида титана, благодаря реализации фазовых мартенситных превращений, проявляется такая же гистерезисная зависимость изменения формы при нагрузках. Именно поэтому имплантаты, изготовленные из такого материала, соответствуют новейшим медицинским требованиям в хирургии, стоматологии, травматологии.

– Традиционные материалы для имплантатов, такие как титан, тантал, нержавеющая сталь, не способны проявлять гистерезисное формоизменение под действием нагрузки. Из них делают высокопрочные спицы, штифты, пластины, чтобы под действием нагрузок в организме человека они не изменили свою форму. Получается, что создаются статичные условия для работы в организме человека, в котором все вокруг находится в движении. А наш материал «живет» вместе с организмом, – комментирует Сергей Аникеев.

Эластичный пористый материал на основе TiNi способен изменять свою форму на величину до 6–7% без остаточной деформации, то есть полностью возвращать исходную форму после сильного растяжения или сжатия. Имплантаты, изготовленные на основе такого сплава, имеют не только высокие конструкционные свойства, но и физико-механические параметры, которые максимально приближены к костным тканям организма человека.

дентальные имплантаты из пористого материала

Исследование проводилось в рамках гранта РНФ 19-79-10045, «Разработка метода реакционно-диффузионного спекания для создания биосовместимых пористых материалов на основе никелида титана с развитой террасовидной поверхностью стенок пор и гистерезисным характером формоизменения»

Лаборатория медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы СФТИ ТГУ занимается разработкой принципиально нового поколения материалов и имплантатов для широкого круга медицинских целей: стоматологии, травматологии, хирургии, офтальмологии, онкологии и других областей медицины. Разработки защищены более 500 патентами РФ.