Физики ТГУ выявили новые свойства никелид-титановых имплантатов

Как поясняют учёные, чтобы создать действительно работающий имплантат, нужно добиться его биомеханической совместимости с контактирующей с ним биологической ткани. А для этого — понять деформационные свойства материала и получить важные физические параметры, которыми описываются механическое поведение биологических тканей: жесткость, модуль упругости, модуль сдвига, предел текучести, сопротивление усталости, вязкость, характеристики релаксации напряжения и другие.

— Наличие надежного биоинтерфейса между имплантатом и биологической тканью является основным показателем успешности применения имплантата. Если имплантат не прижился, это может быть из-за коррозии, недостаточной эластичности или нестабильных функциональных свойств имплантата, — поясняет старший научный сотрудник лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Гульшарат Байгонакова.

Из-за сложной микроструктуры, геометрии и нелинейного поведения живых тканей и имплантируемых материалов есть потребность в разработке новых экспериментальных и теоретических основ, включая математические модели. Чтобы оценить, насколько имплантаты совместимы с биологическими тканями, учёные ТГУ исследовали деформационные особенности сетчатых конструкций из тонкой никелид-титановой проволоки и мягких биологических тканей. При циклическом растяжении такой сетчатой конструкции, созданной в ТГУ, исследователи обнаружили гиперупругое деформационное поведение, подобное поведению мягких биологических тканей.

Эти результаты — лишь часть работ, которые сотрудники лаборатории ведут в рамках мегагранта «Реология интерфейса сверхэластичный сплав покрытие-биологическая ткань» совместно с ведущим ученым Алексеем Волынским из Университета Южной Флориды (USA). На основе испытаний пористых сплавов никелида титана и губчатых костных тканей был предложен новый подход количественной оценки их биомеханической совместимости.

Результаты исследования деформационного поведения биологических тканей в условиях нагрузки, рассказывают в лаборатории, используют в качестве контрольных значений. Это помогает определить, выдержат ли имплантаты из никелида титана нагрузки в интерфейсе с биотканью, и оценить функциональный ответ самих биологических тканей на имплантаты.

— Ясно, что многое еще предстоит сделать из-за сложности объектов исследования, но самое важное — мы смогли с единой методологической точки зрения оценить и количественно сравнить сходимость физических параметров живых и искусственных пористых материалов — разных по структуре, но схожих по деформационному поведению. Эти параметры и станут критерием объективного выбора определенных материалов, предназначенных для интеграции в конкретную биоткань, — рассказывает заведующая лабораторией сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Екатерина Марченко.

Мегагрант по изучению биомеханических свойств имплантатов из никелида титана учёные ТГУ реализуют в течение года. В университете открыта лаборатория сверхэластичных биоинтерфейсов, а исследователи выпустили семь научных публикаций в журналах уровня Q1, индексируемых в Scopus и WoS. Результаты исследований по мегагранту учёные представили на международных конференциях различного уровня: в Москве, Санкт-Петербурге, Томске и в Греции, а также получили золотую медаль на конкурсе инновационных разработок «РосБиоТех-2021».

Источник: Новости ТГУ