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 сверхупругость – способность 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».