Ученые Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ сделали шаг вперед в области медицинских технологий, разработав новую методику пайки композитной керамики и титана. Эта инновация может значительно улучшить надежность эндопротезов, в частности тазобедренного сустава, что является актуальной задачей для медицины.
Основной проблемой, с которой сталкиваются такие медицинские изделия, является низкая ударная прочность керамической головки протеза. Она крепится на ножку из титанового сплава, и при повышенных физических нагрузках, например, при прыжках, существует риск повреждения головки. Как отметил доцент НИЯУ МИФИ Иван Федотов, одно из решений заключается в внедрении металлической втулки, которая поможет демпфировать нагрузки на керамическую часть.
Однако возникла новая проблема — технология пайки. В настоящее время самым распространенным методом получения биосовместимых соединений является пайка чистым золотом. Этот метод, хоть и надежный, очень дорогой. По словам Федотова, золото плавится при температуре 1065 градусов, и процесс пайки осуществляется при температуре около 1090 градусов. Это может привести к трещинам в керамике при охлаждении, что и стало причиной разработки новой технологии.
Разработанная методика пайки включает три этапа. Во-первых, на поверхность керамической головки наносятся насечки с помощью лазерной обработки. Во-вторых, на керамику наносится порошок гидрида титана. В-третьих, используется новый припой, состоящий из титана, циркония и кобальта. Это решение не только снижает стоимость процесса, но и позволяет осуществлять пайку при температуре 880 градусов, что уменьшает риск повреждений.
Порошок гидрида титана играет важную роль, улучшая смачиваемость керамики припоем и подавляя образование хрупких интерметаллидов титана-кобальта, что способствует повышению прочности шва. «Титан является коррозионно стойким материалом, подходящим для использования в организме человека. Чем выше концентрация титана в паяном шве, тем меньше вероятность коррозионного повреждения», — добавил Иван Федотов.
Новую технологию пайки планируется использовать не только для эндопротезов, но и для создания других медицинских имплантов, таких как зубные, зрительные и слуховые импланты, а также в производстве медицинских инструментов. Работа над проектом была поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ).