Учёные Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с российскими и зарубежными коллегами разработали способ управления биомеханическими характеристиками титановых сплавов, изготовленных методом электронно-лучевой 3D-печати. Разработка открывает перспективы для создания индивидуальных костных имплантатов, которые будут лучше интегрироваться с живыми тканями и служить дольше, сообщили в Минобрнауки РФ.
Проблема в том, что традиционные титановые имплантаты слишком жёсткие по сравнению с костной тканью. Это вызывает эффект «экранирования нагрузки» — имплантат берёт на себя основную нагрузку, а кость рядом с ним перестаёт испытывать механическое напряжение и со временем деградирует.
Как объясняет руководитель научной группы ТПУ «Аддитивные технологии получения и исследования перспективных материалов» Ирина Грубова, цель исследования — приблизить упругость титанового имплантата к упругости костной ткани, не изменяя химический состав. Для этого исследователи создали порошок на основе сплава титана и ниобия — элементов с сильно различающимися температурами плавления, из-за чего ранее возникали проблемы неоднородности.
Изготовление порошка из уже сплавленного материала позволило добиться равномерного состава. Затем учёные исследовали, как изменение параметров 3D-печати влияет на внутреннюю структуру и механические свойства материала. Оказалось, что даже без изменения состава можно управлять упругостью сплава, подстраивая его под конкретные клинические задачи.
Работа поддержана Российским научным фондом. В исследовании участвовали специалисты из ТПУ, ТГУ им. Г. Р. Державина, МГУ, Института физики металлов УрО РАН и Средне-Шведского университета. Результаты опубликованы в журнале Materials Science and Engineering.