Новый пористый материал для ортопедических имплантатов на основе сверхупругого титанового сплава и технологию его получения методом 3D-печати создали ученые Национального исследовательского технологического университета МИСИС. Разработка предназначена для применения в ортопедии, травматологии и спинальной хирургии, сообщают в пресс-службе вуза.
Как отмечают специалисты, металлические имплантаты должны быть достаточно прочными, однако их избыточная жесткость может приводить к неравномерному распределению нагрузки между изделием и окружающей костью. Для решения этой задачи ученые изготовили пористые образцы из сверхупругого сплава на основе титана, циркония и ниобия (Ti-Zr-Nb) методом лазерного сплавления с тремя типами архитектуры: ромбододекаэдрической, гироидной и основанной на диаграмме Вороного. Толщина элементов конструкций составляла от 200 до 400 мкм.
Мы подобрали технологическое окно печати, которое позволяет ограничить дефекты и сохранить 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.
Полученные конструкции из Ti-Zr-Nb продемонстрировали примерно вдвое меньшую способность сопротивляться растяжению или сжатию при упругой деформации, чем образцы из широко распространенного медицинского сплава Ti-6Al-4V. При этом прочность пористых структур была сопоставима с традиционным материалом.
Наиболее перспективной оказалась гироидная архитектура. Она обеспечивала оптимальное сочетание прочности, пористости и сопротивления циклическому сжатию.
По словам разработчиков, для имплантатов важна не только высокая прочность, но и оптимальное сочетание механических свойств. 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 в своей работе ученые стремились к такому сочетанию свойств, при котором имплантат работает вместе с костью как одно целое. На технологию получения пористого материала уже одобрена заявка на патент.
Ранее Наука Mail рассказывала, как крошечные имплантаты научились вводить внутрь тела иглой.