Ученые МИСиС разработали сверхупругий сплав, который можно печатать на 3D-принтере

Костная ткань человека — во многом уникальный биологический материал. Она обладает разносторонними физическими свойствами: гибкостью и прочностью, что помогает ей справляться нагрузками в течении жизни человека. Но, случается, кости нуждаются в замене.

Самые популярные «заменители» костей состоят из титана. Это прочный, биосовместимый металл, который при правильной эксплуатации служит десятилетиями. Проблема в том, что по упругости титан отличается от человеческих костей — он слишком прочный. Ткани, которые находятся рядом с имплантатом, избегают нагрузок, посольку их берет на себя металлический стержень. Распределение сил в скелете меняется, и организм начинает приспосабливаться к новой механике. С течением времени из-за кажущейся ненадобности находящиеся рядом с протезом клетки начинают отмирать. В конечном итоге имплантат расшатывается и требует замены на другой, подходящий к новой форме кости.

Ученые НИТУ МИСиС совместно с коллегами из Института высших технологий при Университете Квебека разработали новый металлический сплав, который лучше подходит для костных имплантатов. Сплав титан-цирконий-ниобий сохраняет прочность и химическую инертность титана, но обладает упругостью человеческих костей. Такой имплантат равномерно распределяет нагрузку по всем участкам костной ткани, не нарушая механическое равновесие тела. Новый сплав поможет добиться медицинскими протезам настоящего долголетия, а людям — избежать сложных операций по замене имплантатов.

Еще одна хорошая новость в том, что упругий сплав можно изготовить в виде мелкодисперсного металлического порошка, подходящего для 3D-печати. С помощью аддитивных технологий медики смогут создавать полностью индивидуальные имплантаты любой формы и пористости.

Как пояснил один из авторов проекта, старший научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением МИСиС Вадим Шереметьев, канадско-российская рабочая группа работает над получением заготовок — прутков круглого сечения для будущих имплантатов. Из таких прутков в дальнейшем ученые будут изготавливать балки для фиксации позвоночника — они используются для лечения сложных форм сколиоза. Имплантаты из нового сплава отличаются устойчивостью в условиях повышенных деформаций, а благодаря низкой жесткости уменьшен риск нанести травму пациенту.

Руководитель группы вертебрологии Центрального научно-исследовательского института травматологии и ортопедии имени Приорова Александр Кулешов считает, что новый сплав обладает хорошими перспективами в травматологии и ортопедии: «Материал обладает низким значением модуля Юнга (30-50 гигапаскаль), поэтому является сверхупругим и не препятствует получению необходимой для костной ткани нагрузки. Вероятно, технологии на основе нового материала найдут применение в качестве функционального метода стабилизации при лечении различных дегенеративных заболеваний и деформаций позвоночника».

ФОТО: НИТУ «МИСиС».