Жизнь – это движение, а главным исполнителем нашего движения является позвоночник. Из-за проблем с ним начинаются боли, ограничения, а иногда и вообще люди перестают ходить. Причины этих проблем могут быть разные – травмы, болезни, возрастные изменения и другое. Иногда ситуации усугубляются очень серьезно – вплоть до разрушения позвонков. В таком случае, чтобы встать на ноги, возможно, придется прибегнуть к хирургическому вмешательству, в том числе и имплантации – замене разрушенного позвонка на искусственный аналог.
Ученые Политехнического университета научились изготавливать уникальный спинной металлический имплант. Для этого они разработали специальную компьютерную программу и уже получили патент. С помощью селективного лазерного плавления политехники напечатали первый образец металлического позвонка.
Но перед этим для изучения физических и механических свойств ученые создали трехмерную модель импланта и провели виртуальные испытания. Сначала была спроектирована геометрия внешнего контура будущего имплантата, затем ученые приступили к изучению физических свойств изделия в зависимости от типа и размера ячеек сетчатой структуры, количество элементов которой превысило 500 тысяч.
«Чтобы в будущем это не привело к разрушению здоровой кости в месте соприкосновения с имплантатом, мы создаем его с сетчатой структурой. Это также будет способствовать успешной остеоинтеграции протеза, то есть врастанию костной ткани в имплантат», – отметил один из авторов патента, ведущий научный сотрудник Лаборатории «Синтез новых материалов и конструкций» Центра Национальной технологической инициативы «Новые производственные технологии» СПбПУ Максим Максимов.
По словам ученых, самое сложное в производстве имплантов – добиться хорошей приживаемости в организме человека. Поэтому разработчики долго и внимательно подбирали материал для изготовления искусственного позвонка. В конечном счете, ученые остановились на сплаве титана ВТ1-0. Он обладает высокой биосовместимостью с костными тканями человека, а также в десятки раз лучше человеческих костей сопротивляется растяжению и сжатию.
«Для изготовления макета импланта мы использовали порошок для печати отечественного производства. На установке в лаборатории Политехнического университета с помощью селективного лазерного плавления напечатали первый образец. В будущем, после проведения всех необходимых клинических испытаний, любая клиника сможет печатать имплантаты с помощью нашей программы», – отметил один из авторов патента, научный сотрудник Лаборатории «Синтез новых материалов и конструкций» Центра Национальной технологической инициативы «Новые производственные технологии» СПбПУ Алексей Орлов.
Создавать такие уникальные объекты в Политехе Петра Великого позволяют передовые технологии и междисциплинарные компетенции ученых. Разработкой этой компьютерной программы и созданием первого образца титанового позвонка занимались сотрудники лаборатории «Синтез новых материалов и конструкций» Центра Национальной технологической инициативы «Новые производственные технологии» совместно с коллегами из Института машиностроения, материалов и транспорта. В работе над спинным имплантатом принимали участие физики, механики, специалисты по материаловедению и многие другие ученые из различных областей.
Успешный опыт разработки имплантатов у ученых Политеха уже был: в 2016 году они первыми в стране создали титановый протез тазобедренного сустава, выращенный при помощи аддитивных технологий.
Подписывайтесь на канал «Теория большого Политеха», чтобы знать все о новых разработках ученых Политеха.
Советуем почитать: