Физики Томского государственного университета изучили влияние добавки меди на физико-механические свойства пористого сплава TiNiCu. Новый сплав более эластичный и предлагается к использованию в имплантологии наряду с уже известными пористыми сплавами на основе никелида титана. Как результат, добавление меди вместо никеля в определенных пропорциях дает возможность создавать имплантаты более сложных конфигураций или моделировать необходимую форму пористого имплантата в процессе хирургического вмешательства, в том числе в лицевой хирургии. Статью об исследованиях томских ученых опубликовал журнал Metals (Q1).
Исследование выполнено при поддержке федеральной программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». В настоящее время заявка № 2022127387 на получение патента успешно прошла формальную экспертизу и находится на стадии экспертизы по существу.
Ученые ТГУ доказали, что легирование пористого сплава TiNi медью вместо никеля в пределах от 1 до 10 ат. % оптимизирует свойства сплавов и снижает минимальное напряжение мартенситное сдвига. Это позволяет моделировать имплантируемые конструкции сложной конфигурации из этих материалов в определенном температурном режиме.
Пористые материалы на основе никелида титана, полученные методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), широко используются в качестве имплантационных. Практика использования пористо-проницаемых имплантатов на основе TiNi показывает, что они удовлетворяют медико-техническим требованиям, обладают оптимальными физико-механическими свойствами и высоким сходством порового пространства с костными тканями живого организма.
Моделирование объемных и сложных по конфигурации имплантатов при определенном температурном режиме и обеспечение надлежащего косметического эффекта при восстановлении функции утраченного органа возможно из эластичных, легко деформирующихся пористых пластин на основе никелида титана.
– Использование в медицине пористых сплавов на основе никелида титана предполагает моделирование сложных по конфигурации имплантатов в интервале рабочих температур организма человека. Это возможно реализовать в легко деформируемых пористых сплавах, жесткость системы которых минимальна в необходимом температурном интервале, – рассказывает сотрудник лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы ТГУ Мария Кафтаранова. – В сплавах на основе никелида титана жесткость системы определяется минимальным значением напряжения мартенситного сдвига. Чем меньше это значение, тем меньше жесткость системы. Например, эндопротез, изготовленный из пористого никелида титана с низким напряжением мартенситного сдвига, довольно податлив и его можно более точно адаптировать к дефекту при замещении костной структуры глазницы и других дефектов средней зоны лица.
Введение добавок меди в состав никелида титана открывает возможности управления физико-механическими свойствами материала, позволяет регулировать температурный интервал и гистерезис (реакцию) проявления эффекта памяти формы. При этом необходимо соблюдать строгие пропорции в составе материала для имплантатов, поскольку легирование медью литых сплавов системы TiNi свыше 10 ат.% приводит к снижению его технологичности и повышению хрупкости.
Наряду с этим показано повышение износостойкости литых сплавов NiTiCu при различных температурах от 37°C до 250°C, а также увеличение сопротивления коррозии при легировании TiNi медью до 10 ат.%. Повышение коррозионной устойчивости позволяет осуществлять длительную имплантацию конструкций, изготовленных из данного материала, подчеркивают авторы исследования.
Важным научным результатом, имеющим перспективу дальнейшего практического применения, стало определение диапазона оптимальных концентраций меди 3–6 ат.%, при котором для пористых сплавов наряду с широким температурным интервалом проявления обратимых деформаций характерно низкое значение напряжения мартенситного сдвига. Это имеет большую практическую ценность, поскольку с точки зрения реконструктивной хирургии, снижение минимального напряжения мартенситного сдвига позволит более точно моделировать объемные и сложные по конфигурации имплантаты применительно к дефектам живой ткани.
В состав научного коллектива, который провел исследование, вошли старшие научные сотрудники лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы ТГУ Мария Кафтаранова, Валентина Ходоренко и Надежда Артюхова, заведующий лабораторией медицинского материаловедения ТГУ Сергей Аникеев, старший научный сотрудник этой же лаборатории Анастасия Шабалина и профессор кафедры металлов ФФ ТГУ Виктор Гюнтер.