Ученые разработали новый сверхупругий сплав для замены костных тканей

Российские материаловеды из НИТУ «МИСиС» разработали новый биосовместимый сплав на основе титана, циркония и ниобия, обладающий физико-механическими свойствами близкими к костной ткани. Полученный сплав может стать основой для современных костных имплантатов. Результаты проекта опубликованы в журнале Metals.

В реконструкции костных тканей особая роль отводится металлическим биоматериалам. Один из самых популярных – титан. Проявляя биохимическую инертность за счет поверхностной оксидной пленки, он, тем не менее, не соответствует физико-механическим свойствам кости, что ведет к экранированию (снятию) напряжений и охрупчиванию близлежащих костных тканей.

Решением данной проблемы является создание металлических сплавов, способных воспроизводить поведение заменяемой кости под нагрузкой. Подобные сплавы должны демонстрировать сверхупругостьспособность обратимо накапливать значительные напряжения (пружинить). Для получения максимальной сверхупругости необходимо точно подобрать фазовый состав сплава при комнатной температуре, что возможно с помощью регулирования химического состава сплава.

«В нашей работе мы изучили структуру и функциональные свойства нескольких сплавов системы Ti-Zr-Nb с повышенным содержанием циркония. Ожидалось, что изменение соотношения этих элементов должно помочь найти оптимальный фазовый состав, что приведет к ярко выраженной сверхупругости при комнатной температуре», – рассказал аспирант iPhD «Биоматериаловедение» НИТУ «МИСиС» Данил Барилюк.

Как отмечают разработчики, в ходе работы были получены образцы четырех новых сплавов системы Ti-Zr-Nb с разным процентным соотношением циркония и ниобия. Их микроструктура и механические свойства были тщательно изучены и проанализированы.

«Сплав с составом Ti-41%Zr-12%Nb продемонстрировал высокую пластичность с относительным удлинением до разрушения более 20%, а полная обратимая деформация сплава составила более 6%. Полученные результаты свидетельствуют о том, что данный материал является одним из наиболее перспективных сверхупругих сплавов в системе Ti-Zr-Nb»,заключил Данил Барилюк.

В настоящее время научный коллектив продолжает серию испытаний в целях оптимизации технологии получения сплава для промышленного импортозамещающего применения.

 «В рамках реализации проекта «Приоритет-2030» в НИТУ «МИСиС» создан консорциум «Инженерия здоровья», одна из задач которого – подготовка ученых, ведущих разработки на стыке материаловедения, биологии и медицины. Мы активно привлекаем студентов к реализации исследований в области разработки новых способов диагностики и лечения тяжелых заболеваний, создания новых изделий медицинского назначения», - пояснил Федор Сенатов, к.ф.-м.н., директор НОЦ биомедицинской инженерии, руководитель образовательной программы iPhD «Биоматериаловедение» НИТУ «МИСиС».