Ученые НИТУ МИСИС выявили оптимальный режим изготовления сплава для эндопротезов

Материалы, из которых изготавливают современные эндопротезы суставов, обладают высокой прочностью и хорошей приживаемостью в организме человека, поэтому срок их службы составляет в среднем 15–20 лет, в ряде случаев пациенты используют их до 30 лет, но в современной практике эндопротезирования тазобедренного сустава в последнее время наблюдается рост повторных операций. Создано и исследовано большое количество бета-сплавов титана, но они имеют ряд недостатков: высокая стоимость легирующих материалов, невозможность механического упрочнения, сложный процесс термической и термомеханической обработки, широкий интервал кристаллизации не позволяющий получить сферические порошки и осуществить 3D-печать персонифицированных образцов. Все это существенно снижает потенциал применения бета-сплавов.

«В обычных случаях компьютерный подбор эндопротезов происходит в банке данных, насчитывающем более 40 000 протезов, без учета физиологических особенностей пациентов, из-из чего хирургу требуется дополнительное время для того, чтобы точно расположить конструкцию. Длительное протезирование во время операции повышает вероятность инфицирования, повреждения тканей или осложнений, связанных с самим протезом. Основная причина таких проблем — простая топология эндопротеза», — сказал руководитель исследования, к.т.н. Василий Баутин, доцент кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов НИТУ МИСИС.

Ранее международный коллектив ученых из НИТУ МИСИС, университетов Австрии и Японии представил биомедицинский альфа-бета титановый сплав из титана, железа, меди и олова, обладающий высокими механическими свойствами, также он не содержит компонентов, вызывающих негативные иммунные реакции со стороны организма. В новой работе исследователи Университета МИСИС изучили влияние селективного лазерного плавления на него. Это процесс выборочного плавления слоев металлического порошка с помощью лазерного луча, что позволяет точно контролировать микроструктуру и свойства изготовленных элементов. Ученые выявили оптимальный технологический режим изготовления, при котором получаются наиболее подходящие по механическим характеристикам образцы без трещин и обладающие высоким сопротивлением к коррозии в биологической среде. Подробности исследования описаны в научном журнале Heliyon (Q1).

«Мы провели оценку коррозионных и антибактериальных свойств разработанного сплава. В дальнейшем продолжим исследовать влияние режимов термической обработки на механические и коррозионные свойства исследуемых образцов, полученных с помощью 3D-печати», — отметил к.т.н. Владислав Задорожный, доцент кафедры физического материало­ведения НИТУ МИСИС.

Выявленный оптимальный режим изготовления может быть полезен при разработке новых биомедицинских сплавов, которые станут основой персонализированных эндопротезов, создаваемых с использованием аддитивных технологий для замены ортопедических имплантатов старого поколения.

«Университет МИСИС — ведущий вуз страны в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов. Исследования и разработки наших ученых-материаловедов получили широкое признание и активно применяются в промышленности как в России, так и за рубежом. Создание новых материалов с заданными свойствами для медицины сегодня имеет одно из приоритетных значений для национальной экономики: биомедицинская инженерия — стремительно развивающаяся сфера, требующая ускоренной коммерциализации новых продуктов, внедрения новых технологий. Метод получения сплава для эндопротезов, разработанный учеными НИТУ МИСИС под руководством к.т.н. Василия Баутина, в будущем позволит изготавливать имплантаты с учетом индивидуальных особенностей пациента, значительно сократит количество ревизионных операций», — отметила ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.