Среда, Ноябрь 13, 2024
18.10.2023

Ученые Университета МИСИС запатентовали биодеградируемый сплав для костных имплантатов

Ученые Университета МИСИС запатентовали сплав с памятью формы для биодеградируемых костных имплантатов на основе системы железо-марганец-кремний (Fe-Mn-Si). Он обладает высокой биомеханической совместимостью с костной тканью и требуемой скоростью растворения, что делает его перспективным материалом для использования в травматологии, ортопедии и челюстно-лицевой хирургии.


На сегодняшний день существуют материалы на основе магния или цинка, способные растворяться в организме, но у них более низкие механические свойства. Кроме того, скорость биодеградации магния является чрезмерно высокой, что может привести к нарушению целостности фиксирующего имплантата до полного восстановления костной ткани. Также распад магния сопровождается выделением газообразного водорода, который может нанести вред человеку. По сравнению с этими веществами, сплавы на основе железа обладают лучшими механическими свойствами, но низкой способностью к биодеградации. Для устранения этого недостатка в качестве легирующих элементов использованы марганец и кремний. 


«Разработка биодеградируемых имплантатов является актуальным направлением в медицине. Это связано с тем, что в некоторых случаях после восстановления поврежденной костной ткани имплантаты необходимо удалять из организма и проводить повторную операцию. Это травматично для пациента и сопряжено с дополнительными расходами. Более того, использование имплантатов из нержавеющей стали, кобальт-хромовых, титановых сплавов и других традиционных материалов в долгосрочной перспективе может привести к негативным последствиям: расшатыванию имплантата, его износу, ограничению роста костной ткани, аллергическим реакциям, а в некоторых случаях даже к онкологическим заболеваниям», – говорит автор патента к.т.н. Пулат Кадиров, инженер кафедры обработки металлов давлением НИТУ МИСИС.


Кроме биосовместимости с костной тканью и определённых физико-механических свойств, материал для имплантатов должен способствовать заживлению и регенерации тканей с последующим естественным растворением в организме пациента.


«При разработке биодеградируемых сплавов важной задачей является правильный подбор скорости их растворения для обеспечения высокого уровня механических свойств в течение требуемого времени, пока костная ткань не восстановилась, и на имплантат приходится значительная нагрузка. Поэтому в ходе исследований мы детально изучаем как механическое, так и коррозионно-электрохимическое поведение наших материалов», – говорит соавтор патента, к.т.н. Юлия Жукова, ведущий научный сотрудник центра наноматериалов и нанотехнологий Университета МИСИС.


Известно, что применение различных методов термомеханической обработки, включая горячую и холодную прокатку с последеформационным отжигом, значительно повышает функциональные свойства сплава. Ученые установили, что после горячей прокатки при 800°С с последующим охлаждением в воду, достигается наилучшая биомеханическая совместимость материала с костной тканью, значительно повышаются такие механические свойства, как предел прочности, предел текучести, относительное удлинение до разрушения, а также необходимая скорость биодеградации - 0,47 мм/год.


Ректор Университета МИСИС Алевтина Черникова отметила: «Создание новых материалов и технологий в области биомедицины – одно из ключевых направлений деятельности университета в рамках реализации программы “Приоритет 2030”. На протяжении ряда лет ученые вуза занимаются разработкой материалов, которые смогут найти применение при терапии различных заболеваний в хирургии, травматологии, ортопедии. Новый сплав для биодеградируемых костных имплантатов на основе системы железо-марганец-кремний, созданный в НИТУ МИСИС, позволит улучшить качество жизни тысяч пациентов».


Специалисты НИТУ МИСИС планируют масштабировать выпуск заготовок этого сплава для промышленного производства с сохранением всех требуемых качеств. Также в рамках договора с НИИ онкологии Томского национального исследовательского медицинского центра РАН до конца текущего года пройдут медицинские доклинические испытания биосовместимости in vitro и in vivo.

Больше оперативных новостей читайте в Telegram-канале @ПРОметалл.

Последние публикации

13.11.2024

Минфин не ослябляет хватку
Сталеварам никак не удаётся сократить свои акцизные потери

13.11.2024

На Донбассе разворачивается битва за крупнейшее месторождение лития
Шевченковское месторождение считается одним из самых больших в мире

13.11.2024

За вином не заржавеет (Часть первая)
Почему виноделы выбирают пищевую нержавейку

12.11.2024

Почему в России снижается производство стали?

Чёрная металлургия угодила в кризис