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

С помощью усовершенствованной технологии, созданной специалистами 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».

Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»