Создан биосовместимый титановый сплав с эффектом сверхупругости

Специалисты Университета МИСИС в сотрудничестве с коллегами из Канады впервые в мире получили эффект сверхупругости в биосовместимом титановом сплаве для ортопедических имплантатов после 3D-печати. Технология уже запатентована. В перспективе разработка может обеспечить эффективную замену поврежденной костной ткани и стать основой для массового применения в ортопедии и травматологии индивидуализированных имплантатов.
Персонализированные имплантаты — одно из приоритетных направлений биомедицинского материаловедения. Для таких изделий особенно важно обеспечить не только прочность и коррозионную стойкость, но и механическое поведение, близкое к костной ткани.
«Биомедицинская инженерия — стремительно развивающаяся отрасль, требующая внедрения новых технологий и вывода на рынок новых продуктов. Лазерная печать обеспечивает точное воспроизведение требуемой формы медизделия, а модифицированный состав материала — необходимые для практического использования комплекс физико-химических свойств и биологическую совместимость», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Титановые сплавы, в том числе с эффектами памяти формы и сверхупругости, при аддитивном производстве зачастую теряют часть функциональных свойств из-за изменений химического состава при распылении порошка и лазерном плавлении.
«Для решения этой задачи мы целенаправленно скорректировали состав еще на этапе выплавки, увеличив содержание титана и снизив количество циркония и ниобия. Эта мера позволила скомпенсировать потерю титана в последующем производственном цикле и получить в изделии целевой состав — Ti-18Zr-15Nb», — отметил один из авторов разработки, заведующий лабораторией сплавов с памятью формы НИТУ МИСИС, доктор технических наук Вадим Шереметьев.
Образцы сплавов, изготовленные методом селективного лазерного плавления, продемонстрировали ряд уникальных преимуществ. В частности, их модуль упругости оказался существенно ближе к показателям костной ткани по сравнению с титановыми сплавами, полученными с помощью традиционных методов.
«Новый подход позволил впервые в мире получить эффект сверхупругости с высокой обратимой деформацией в биосовместимом сплаве Ti-Zr-Nb нового поколения, изготовленном методом селективного лазерного плавления. Значимость этого результата несомненна, так как сверхупругость важна для ортопедических конструкций, которые подвергаются циклическим нагрузкам и требуют высокой податливости после разгрузки. В будущем мы планируем развить направление персонализированных изделий с заданной внутренней архитектурой, адаптированной под конкретного пациента», — поделился руководитель исследования, научный руководитель лаборатории сплавов с памятью формы НИТУ МИСИС, доктор физико-математических наук Сергей Прокошкин.
В настоящее время образцы сплава, изготовленные на производственной площадке партнерской организации ООО «КОНМЕТ», проходят доклинические исследования, после успешного завершения которых планируется переход к клиническим испытаниям.
Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России по программе «Приоритет-2030», а также гранта Российского научного фонда.