Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» предложили более эффективную технологию получения титановых сплавов нового поколения. Результаты позволят создавать более прочные 3D-печатные эндопротезы тазобедренных суставов с учетом физиологических особенностей пациентов, без использования легирующих добавок и риска негативных иммунных реакций. Это поможет избегать повторных операций по замене имплантата у многих пациентов, сообщает пресс-служба вуза.
Материалы, из которых изготавливают современные эндопротезы суставов, обладают высокой прочностью и хорошей приживаемостью, поэтому сроки службы составляют в среднем пятнадцать-двадцать лет. В некоторых случаях сроки достигают тридцати лет, но в современной практике эндопротезирования тазобедренных суставов в последнее время наблюдается рост повторных операций. Создано и исследовано большое количество бета-сплавов титана, но они имеют ряд недостатков, включая высокую стоимость легирующих материалов, невозможность механического упрочнения, сложный процесс термической и термомеханической обработки, широкий интервал кристаллизации, не позволяющий получать сферические порошки и осуществлять 3D-печать персонифицированных образцов. Все это существенно снижает потенциал применения бета-сплавов.
«В обычных случаях компьютерный подбор эндопротезов происходит в банке данных, насчитывающем более сорока тысяч 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», — рассказал руководитель исследования, доцент кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов НИТУ МИСИС Василий Баутин.
Ранее международная команда ученых из НИТУ МИСИС, университетов Австрии и Японии представила биомедицинский альфа-бета титановый сплав из титана, железа, меди и олова, обладающий высокими механическими свойствами и не содержащий компоненты, вызывающие негативные иммунные реакции. В новой работе исследователи НИТУ МИСИС изучили влияние на сплав селективного лазерного сплавления (SLM). Это процесс выборочного сплавления слоев металлического порошка с помощью лазерного луча, позволяющий точно контролировать микроструктуру и свойства конечных элементов. Ученые выявили оптимальный технологический режим изготовления, при котором получаются наиболее подходящие по механическим характеристикам образцы без трещин, обладающие высоким сопротивлением к коррозии в биологической среде.
«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», — рассказал доцент кафедры физического материаловедения НИТУ МИСИС Владислав Задорожный.
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 Василия Баутина, в будущем позволит изготавливать имплантаты с учетом индивидуальных особенностей пациента, значительно сократит количество ревизионных операций», — прокомментировала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Доклад научной команды опубликован в научном журнале Heliyon.
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.