16.11.2020

Ученые разработали имплантаты с эффектом памяти

Материаловеды Сибирского физико-технического института ТГУ запатентовали способ получения материала для имплантатов, которые при физических нагрузках ведут себя так же, как и живые ткани организма, в отличие от традиционных статичных – титана, тантала, нержавеющей стали. «Природоподобный» материал создан на основе прочного никелида титана с добавкой порошка титана, что позволило добиться эластичного поведения и эффекта памяти формы. Имплантаты, изготовленные из такого материала, будут востребованы в хирургии, стоматологии, травматологии.

Задачей ученых Томского госуниверситета было получить такой материал для имплантатов, который бы был биосовместимым, высокопрочным, коррозионностойким и долговечным. Но при этом – подобен живым костным тканям организма. Получить такой материал удалось с помощью добавок порошка титана к пористому порошковому сплаву на основе никелида титана. Добавки позволили регулировать коэффициент пористости и достигать при этом эластичного поведения и эффекта памяти формы.

«Живые ткани изменяют свою форму под действием нагрузки не упруго, а по особой гистерезисной закономерности. Это очень необычный процесс: при начале деформирования биологическая система сильно сопротивляется и быстро накапливает напряжение, но потом выходит на плато – и дальше деформация идет без увеличения напряжений. А при разгрузке биологическая система как бы сопротивляется данной разгрузке и после снятия внешних напряжений полностью восстанавливает исходную форму», – объясняет один из авторов разработки, старший научный сотрудник лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы СФТИ ТГУ Сергей Аникеев.

 

Новый материал, способ получения которого запатентовали ученые ТГУ, при нагрузках ведет себя точно так же. В сплаве на основе никелида титана, благодаря реализации фазовых мартенситных превращений, проявляется такая же гистерезисная зависимость изменения формы при нагрузках. Именно поэтому имплантаты, изготовленные из такого материала, соответствуют новейшим медицинским требованиям в хирургии, стоматологии, травматологии.

«Традиционные материалы для имплантатов, такие как титан, тантал, нержавеющая сталь, не способны проявлять гистерезисное формоизменение под действием нагрузки. Из них делают высокопрочные спицы, штифты, пластины, чтобы под действием нагрузок в организме человека они не изменили свою форму. Получается, что создаются статичные условия для работы в организме человека, в котором все вокруг находится в движении. А наш материал «живет» вместе с организмом», – комментирует Сергей Аникеев.

Эластичный пористый материал на основе TiNi способен изменять свою форму на величину до 6–7% без остаточной деформации, то есть полностью возвращать исходную форму после сильного растяжения или сжатия. Имплантаты, изготовленные на основе такого сплава, имеют не только высокие конструкционные свойства, но и физико-механические параметры, которые максимально приближены к костным тканям организма человека.