Создание материалов для имплантатов, способных значительно улучшить качество жизни пациентов, является одним из приоритетных направлений деятельности материаловедов Томского государственного университета. Чтобы ускорить эту задачу и проектировать импланты нового поколения, учёные проводят исследования на синхротроне НИЦ «Курчатовский институт». В конце 2023 года материаловеды ТГУ представят способы улучшения имплантатов для замены костей и мягких тканей, разработанные для реконструктивной хирургии при поддержке мегагранта правительства РФ (№075-15-2021-612).
– Современные сверхэластичные имплантаты на основе никелида титана используются для пластики костных и мягких тканей и должны соответствовать целому спектру требований, – объясняет заведующая лабораторией сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Екатерина Марченко. – В частности, они должны соответствовать физико-механическим характеристикам замещаемой ткани и обладать высоким уровнем коррозионной стойкости.
Для более подробного исследования наноразмерных материалов требуется применение современных высокоточных методов исследования, которые помогают заглянуть в самые глубокие слои структуры. Использование Курчатовского специализированного источника синхротронного излучения «КИСИ-Курчатов» и нейтронного исследовательского комплекса на базе реактора ИР-8 НИЦ позволяет проводить прецизионные исследования внутренней наноструктуры никелид-титановых сплавов. Это, в свою очередь, помогает материаловедам ТГУ проектировать имплантаты нового поколения с высокими механическими и биосовместимыми свойствами.
Синхротронное излучение позволит не просто исследовать внутреннюю структуру наноразмерных элементов, но и создать математическую модель, которая будет учитывать влияние наночастиц на сверхэластичные свойства и прогнозировать разрушение сплавов в условиях приближенных к эксплуатационным, – рассказывает Екатерина Марченко. – Это поможет сформулировать рекомендации по улучшению металлургических методик разработки сверхэластичных сплавов с высокими функциональными свойствами, которые впоследствии будут использоваться для реконструкции мягких тканей – мышц, сосудов, сухожилий.
В процессе производства лёгкие элементы, такие как углерод, кислород и азот, накапливаются на поверхности никелид-титановых сплавов. Такие примеси могут привести к снижению усталостных характеристик и повысить хрупкость материала. В результате возможно не только снижение жизненного цикла имплантата, но и причинение вреда человеческому организму.
Косвенные методы исследования не позволяют в полной мере оценить влияние примесей на структурные особенности сплава. Однако использование эффективного метода синхротронного исследования с высоким разрешением поможет учёным ТГУ получить фундаментальные знания о влиянии лёгких элементов на свойства тонких никелид-титановых проволок. Это позволит материаловедам повысить эксплуатационные характеристики сверхэластичных имплантов, необходимых для закрытия дефектов мягких тканей в результате травм или серьёзных заболеваний.