В НИТУ МИСИС разработали сверхупругий пористый материал для 3D-печати имплантатов нового поколения

По механическому поведению конструкции из нового материала на основе сверхупругого титанового сплава ближе к костным тканям, чем традиционные металлические имплантаты, что позволит более равномерно распределять нагрузки, а развитая внутренняя архитектура обеспечивает благоприятные условия для срастания. Разработка предназначена для применения в ортопедии, травматологии и спинальной хирургии. На технологию получения пористого материала уже одобрена заявка на патент.

Металлические имплантаты должны быть достаточно прочными, однако избыточная жесткость может приводить к неравномерному распределению нагрузки между изделием и окружающей костью. Один из подходов к решению этой задачи — применение пористых структур, чьи свойства определяются не только составом сплава, но и геометрией ячеек, толщиной элементов и качеством 3D-печати, сообщает пресс-служба Национального исследовательского технологического университета «МИСИС».

Ученые НИТУ МИСИС совместно с промышленным партнером, компанией «Конмет», изготовили образцы из сверхупругого сплава на основе титана, циркония и ниобия (Ti-Zr-Nb) методом лазерного сплавления (SLM) с тремя типами архитектуры — ромбододекаэдрической, гироидной и основанной на диаграмме Вороного. Толщина элементов конструкций составляла от двухсот до четырехсот микрометров.

«Мы подобрали технологическое окно печати, которое позволяет ограничивать дефекты и сохранять заданную геометрию тонких пористых элементов, рассматривая не просто материал, а взаимосвязь «сплав-макроструктура-свойства». Для пористых имплантатов важно обеспечить одновременно точность изготовления, подходящую жесткость и сопротивление длительным циклическим нагрузкам», — рассказал заведующий лабораторией сплавов с памятью формы НИТУ МИСИС Вадим Шереметьев.

Конструкции из Ti-Zr-Nb продемонстрировали примерно вдвое меньший модуль Юнга, чем образцы из широко распространенного медицинского сплава Ti-6Al-4V. Усталостная прочность пористых структур из нового сплава при этом сопоставима с традиционным материалом. Наиболее перспективной оказалась гироидная архитектура, обеспечивающая оптимальное сочетание прочности, пористости и сопротивления циклическим сжатиям.

«Для имплантатов важна не только высокая прочность, но и оптимальное сочетание механических свойств, близкое к характеристикам костной ткани. Если имплантат значительно жестче кости, он принимает на себя большую часть нагрузки, что может привести к эффекту экранирования напряжения и постепенному разрушению костной ткани. Поэтому мы стремились не к максимальной прочности, а к такому сочетанию свойств, при котором имплантат работает вместе с костью как одно целое», — рассказал младший научный сотрудник лаборатории сплавов с памятью формы НИТУ МИСИС Константин Лукашевич.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в издании Journal of Materials Research and Technology.

Источник: НИТУ МИСИС