Российские учёные создали биосовместимый титановый сплав с эффектом сверхупругости методом 3D-печати

Источник фото: НИТУ МИСИС

С помощью усовершенствованной технологии, созданной специалистам Университета МИСИС в сотрудничестве с коллегами из Канады, удалось впервые в мире получить эффект сверхупругости в биосовместимом титановом сплаве для ортопедических имплантатов после 3D-печати. Технология уже запатентована, разработка в перспективе обеспечит эффективную замену повреждённой костной ткани.

«Биомедицинская инженерия – стремительно развивающаяся отрасль, требующая внедрения новых технологий и вывода на рынок новых продуктов. Исследователи Университета МИСИС под руководством выдающегося учёного, д.ф.-м.н., профессора Сергея Прокошкина запатентовали получение титановых сплавов с памятью формы методом 3D-печати, который в перспективе может стать основой для массового применения в ортопедии и травматологии индивидуализированных имплантатов. 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.

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.

«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 задаваемый состав ещё 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», — сказал д.т.н. Вадим Шереметьев, заведующий лабораторией сплавов с памятью формы НИТУ МИСИС.

Образцы сплавов, изготовленные методом селективного лазерного плавления, продемонстрировали ряд уникальных преимуществ. В частности, их модуль упругости существенно ближе к показателям костной ткани по сравнению с традиционными титановыми сплавами, полученными с помощью традиционных методов. С подробными результатами исследований можно ознакомиться в научном журнале Materials Letters (Q2).

«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 д.ф.-м.н. Сергей Прокошкин, научный руководитель лаборатории сплавов с памятью формы НИТУ МИСИС.

В настоящее время образцы сплава, изготовленные на производственной площадке партнёрской организации ООО «КОНМЕТ», проходят доклинические исследования, после успешного завершения которых планируется переход к клиническим испытаниям.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 22-79-10299-П), а также в рамках реализации стратегического технологического проекта НИТУ МИСИС «Биомедицинские материалы и биоинженерия» по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030».