Ученые НИТУ МИСИС выявили оптимальный режим изготовления сплава для эндопротезов

Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» предложили более эффективную технологию получения титановых сплавов нового поколения. Результаты позволят создавать более прочные 3D-печатные эндопротезы тазобедренных суставов с учетом физиологических особенностей пациентов, без использования легирующих добавок и риска негативных иммунных реакций. Это поможет избегать повторных операций по замене имплантата у многих пациентов, сообщает пресс-служба вуза.

Материалы, из которых изготавливают современные эндопротезы суставов, обладают высокой прочностью и хорошей приживаемостью, поэтому сроки службы составляют в среднем пятнадцать-двадцать лет. В некоторых случаях сроки достигают тридцати лет, но в современной практике эндопротезирования тазобедренных суставов в последнее время наблюдается рост повторных операций. Создано и исследовано большое количество бета-сплавов титана, но они имеют ряд недостатков, включая высокую стоимость легирующих материалов, невозможность механического упрочнения, сложный процесс термической и термомеханической обработки, широкий интервал кристаллизации, не позволяющий получать сферические порошки и осуществлять 3D-печать персонифицированных образцов. Все это существенно снижает потенциал применения бета-сплавов.

«В обычных случаях компьютерный подбор эндопротезов происходит в банке данных, насчитывающем более сорока тысяч протезов, без учета физиологических особенностей пациентов, из-из чего хирургу требуется дополнительное время для того, чтобы точно расположить конструкцию. Длительное протезирование во время операции повышает вероятность инфицирования, повреждения тканей или осложнений, связанных с самим протезом. Основная причина таких проблем — простая топология эндопротеза», — рассказал руководитель исследования, доцент кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов НИТУ МИСИС Василий Баутин.

Ранее международная команда ученых из НИТУ МИСИС, университетов Австрии и Японии представила биомедицинский альфа-бета титановый сплав из титана, железа, меди и олова, обладающий высокими механическими свойствами и не содержащий компоненты, вызывающие негативные иммунные реакции. В новой работе исследователи НИТУ МИСИС изучили влияние на сплав селективного лазерного сплавления (SLM). Это процесс выборочного сплавления слоев металлического порошка с помощью лазерного луча, позволяющий точно контролировать микроструктуру и свойства конечных элементов. Ученые выявили оптимальный технологический режим изготовления, при котором получаются наиболее подходящие по механическим характеристикам образцы без трещин, обладающие высоким сопротивлением к коррозии в биологической среде.

«Мы провели оценку коррозионных и антибактериальных свойств разработанного сплава. В дальнейшем продолжим исследовать влияние режимов термической обработки на механические и коррозионные свойства исследуемых образцов, полученных с помощью 3D-печати», — рассказал доцент кафедры физического материаловедения НИТУ МИСИС Владислав Задорожный.

Выявленный оптимальный режим изготовления может быть полезен при разработке новых биомедицинских сплавов, которые станут основой персонализированных эндопротезов, создаваемых с использованием аддитивных технологий для замены ортопедических имплантатов старого поколения.

«Университет МИСИС — ведущий вуз страны в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов. Исследования и разработки наших ученых-материаловедов получили широкое признание и активно применяются в промышленности как в России, так и за рубежом. Создание новых материалов с заданными свойствами для медицины сегодня имеет одно из приоритетных значений для национальной экономики: биомедицинская инженерия — стремительно развивающаяся сфера, требующая ускоренной коммерциализации новых продуктов, внедрения новых технологий. Метод получения сплава для эндопротезов, разработанный учеными НИТУ МИСИС под руководством Василия Баутина, в будущем позволит изготавливать имплантаты с учетом индивидуальных особенностей пациента, значительно сократит количество ревизионных операций», — прокомментировала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.

Доклад научной команды опубликован в научном журнале Heliyon.

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.