Ученые СФТИ ТГУ улучшили материалы для костных имплантатов
Авторы статьи «Получение пористого сплава TiNi-Ti методом диффузионного спекания и исследование его состава, структуры и мартенситных превращений» – сотрудники СФТИ ТГУ Сергей Аникеев, Надежда Артюхова, Анастасия Шабалина, Сергей Кулинич, Валентина Ходоренко, Мария Кафтаранова, Владимир Промахов и Виктор Гюнтер.
Способ получения материала для имплантатов, который при физических нагрузках ведет себя так же, как и живые ткани организма, научный коллектив запатентовал в 2020 году (патент № 2732716). Материал создан на основе биосовместимого пористого никелида титана с добавлением порошка титана. Такой способ позволяет получать высокопористые материалы на основе TiNi и достигать при этом эффект памяти формы и сверхэластичность, за счет реализации мартенситных превращений. Имплантаты из TiNi-Ti отличаются биосовместимостью, высокой прочностью, коррозионной стойкостью и долговечностью. При этом они подобны структуре костных тканей организма человека.
Новое исследование ученых описывает метод управления не только фазовым составом, но и атомным составом матрицы TiNi в пористых сплавах TiNi-Ti.
– Существует проблема: при получении пористых сплавов методом спекания титан (Ti) расходуется из матрицы TiNi на образование частиц вторичных фаз и формирование оксидных слоев на его поверхности. В результате выхода Ti из соединения TiNi наблюдается снижение температуры мартенситных превращений вплоть до температуры кипения жидкого азота. Это, в свою очередь, приводит к тому, что эффекты памяти формы и сверхэластичности в таких материалах не реализуются. Следовательно, нарушается биомеханическое взаимодействие с костными тканями организма, – рассказывает старший научный сотрудник лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы СФТИ Сергей Аникеев.
Чтобы решить эту проблему, используются добавки порошка Ti к порошку TiNi.
В статье, опубликованной в Journal of Alloys and Compounds, рассмотрено влияние добавок Ti от 2,5 до 10 ат. % на вышеупомянутые свойства пористых сплавов. Авторы работы исследовали структуру, фазовый и химический состав полученных сплавов TiNi-Ti в зависимости от количества добавленного в материал Ti. Образец с добавкой Ti 5 ат. % имел желаемые для имплантатов температуры мартенситных превращений и при этом содержал в своей матрице минимальную концентрацию выделений вторичных фаз, ухудшающих ее свойства.
Таким образом, исследователи впервые показали, что очень простой подход к приготовлению порошков TiNi и Ti на основе спекания позволяет производить пористые сплавы TiNi-Ti со свойствами, оптимизированными для изготовления костных имплантатов.
Работу по разработке и изучению свойств материала для имплантатов ученые ведут в рамках гранта РНФ «Разработка метода реакционно-диффузионного спекания для создания биосовместимых пористых материалов на основе никелида титана с развитой террасовидной поверхностью стенок пор и гистерезисным характером формоизменения» № 19-79-10045.
Источник: Новости ТГУ