Современная челюстно‑лицевая хирургия остро нуждается в миниатюрных, но прочных имплантах — таких, чтобы быстро срастались с костью и не отторгались организмом. Чаще всего для них используют титан: он неплохо приживается, но не выдерживает повышенных нагрузок, да и обрабатывать его непросто — материал быстро изнашивает инструменты.
Как рассказала порталу Наука Mail пресс-служба Минобрнауки РФ, ученые ПНИПУ впервые в России нашли способ эффективно работать с нанотитаном. Им удалось подобрать режимы обработки, которые вдвое снижают шероховатость поверхности и в 2,5 раза повышают прочность. В результате доля костной ткани в зоне контакта достигает 74−76% — это выше, чем у стандартных имплантов.
Благодаря открытию появятся более надежные отечественные конструкции: они будут быстрее приживаться, реже провоцировать осложнения, а за счет компактных размеров сделают операции менее травматичными. Исследование проведено в рамках программы «Приоритет 2030», его результаты опубликованы в журнале «Станкоинструмент» (№ 1, 2026).
Еще в Древнем Египте люди пытались восстанавливать утраченные зубы: археологи находили мумии с искусственными конструкциями, закрепленными золотой проволокой. Римляне вставляли железные импланты, китайцы — бамбуковые штифты, а майя вживляли в челюсти кусочки раковин. В XVI веке европейские хирурги пробовали пересаживать зубы от человека к человеку. Использовали и драгоценные камни, и дерево, и кости животных, и фарфор — но все напрасно: организм отторгал чужеродный материал, начиналось воспаление.
Прорыв случился в 1952 году. Шведский ученый П. Бранемарк в ходе эксперимента закрепил на бедре кролика титановую камеру и через несколько месяцев обнаружил, что металл сросся с живой тканью — разделить их было невозможно. Так открыли остеоинтеграцию: способность кости срастаться с поверхностью импланта.
Титан оказался почти идеальным материалом: серебристо‑белый металл вдвое легче стали, но выдерживает колоссальные нагрузки, не ржавеет и не растворяется в организме. В 1965 году человеку впервые установили титановый имплант. Сегодня из него делают более 92% всех зубных имплантов и большинство костных конструкций — от челюстных пластин до тазобедренных суставов. Но есть нюансы: чистый титан хорошо приживается, но довольно мягкий — для зон с высокими жевательными нагрузками он может не подойти. Сплавы прочнее, однако содержат добавки вроде алюминия или ванадия, которые порой вызывают аллергию и воспаление.
Чтобы сделать титан прочнее без добавления посторонних металлов, можно изменить его структуру — максимально измельчить зерна материала. Такой подход сохраняет химическую чистоту титана и заметно повышает его твердость. Однако наноструктурированные материалы пока изучены недостаточно для массового применения, а обрабатывать их сложнее: от качества поверхности напрямую зависит, насколько быстро имплант срастется с костью.
Ученые Пермского Политеха впервые в России нашли способ создавать нанотитан, который ускоряет врастание кости. Им удалось подобрать режимы обработки, снижающие шероховатость поверхности вдвое. Это принципиально важно: именно микрорельеф определяет, смогут ли костные клетки закрепиться на импланте. Даже наноразмерные изменения способны либо стимулировать рост новой ткани, либо, наоборот, замедлить его.
Для сравнительных исследований мы взяли обычные титановые образцы диаметром 5 мм с размером зерен около 5 мкм и образцы материала, изготовленного совместно с учеными Уфимского университета науки и инноваций, и изготовили образцы из нанотитана. Для этого заготовки несколько раз продавливали через специальную установку с изгибом под высоким давлением. В результате многократной обработки зерна металла ломались и измельчались: их размер уменьшился более чем 40 раз — с 5 мкм до 120 нм.
Заготовки создавали на станке, а затем исследователи тщательно их изучали: измеряли шероховатость поверхности и рассматривали под микроскопом — проверяли на дефекты, оценивали равномерность обработки и сравнивали поведение нанотитана с обычным. Все это помогло выяснить, при каких режимах получается оптимальный микрорельеф — тот, на котором костные клетки смогут надежно закрепиться.
Мы подобрали оптимальные настройки для обработки нанотитана: скорость 25,4 м/мин, подачу 0,06 мм/об и глубину резания 0,3 мм. Благодаря этому его шероховатость была в 2 раза меньше, чем у обычного титана при тех же параметрах. Микротвердость выросла в 1,2 раза, а прочность на растяжение стала в 2,5 раза выше, чем у исходного материала. Поверхность нанотитана получилась ровной и гладкой, без дефектови микротрещин. Мелкое зерно позволяет материалу деформироваться равномернее, без локальных разрушений. Стружка после его обработки оказалась мельче, это способствует меньшему налипанию металла на режущий инструмент, из-за чего он меньшеизнашивается, а обработка идет стабильнее, то есть повышается его обрабатываемость.
Испытания на живых организмах подтвердили безопасность нанотитана: материал не вызывает аллергии или воспалений. Костная ткань нарастает на нем активно — ее доля в зоне контакта достигает 74−76%, тогда как у большинства стандартных имплантов показатель обычно не превышает 65−70%. При этом мешающей приживлению соединительной ткани вокруг нанотитана всего 2−3% — чем она тоньше, тем прочнее имплант срастается с костью.
Разработанные режимы обработки уже готовы к внедрению в производство стоматологических и челюстно‑лицевых имплантов. Благодаря оптимальной шероховатости и повышенной в 2,5 раза прочности конструкции можно сделать миниатюрнее и надежнее. В результате операции станут менее травматичными, пациенты будут восстанавливаться быстрее и реже сталкиваться с осложнениями. Так решается важная задача импортозамещения: от создания высокопрочного материала — к технологии выпуска безопасных отечественных имплантов.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что найден способ снизить риск отторжения зубных имплантов.
