Синхротронное излучение является самым универсальным исследовательским инструментом. Ученые Томского государственного университета используют его для того, чтобы максимально глубоко заглянуть в структуру образцов новых сплавов. Недавно на базе НИЦ «Курчатовский институт» материаловеды ТГУ впервые провели новый вид экспериментов. Соединив оборудование института и ТГУ, они проследили особенности изменения структуры никелид-титановой проволоки в процессе вытягивания. Такую проволоку, толщина которой соразмерна толщине человеческого волоса, производят в России только ученые ТГУ. Они используют ее при изготовлении «мягких» имплантов для восстановления биотканей и кровеносных сосудов.
– Уникальность проведенных экспериментов заключается в том, что впервые фазовый состав для образцов диаметром менее миллиметра определяли непосредственно в момент нагружения, – поясняет младший научный сотрудник лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ, магистрантка ФТФ Марина Ковалёва. – Наши проволоки очень тонкие – от 40 до 100 микрометров, поэтому провести рентгеноструктурный анализ на лабораторных источниках было невозможно, у них слишком большой размер пучка излучения. На синхротроне в данном исследовании он был уменьшен до 40×40 мкм, что позволило снимать проволоку толщиной в человеческий волос.
Ученым удалось совместить прибор ТГУ для растяжения проволоки с оборудованием одной из новых станций Курчатовского института «Микрофокус» и впервые получить новые данные, которые важны не только с фундаментальной точки зрения, но и для практического применения. Понимание эволюции фазового состава позволит исследователям предсказывать механические свойства и поведение изделий из никелид-титановой проволоки.
– На стадии производства можно задавать свойства только за счет изменения химического состава и условий обработки материала, – говорит Марина Ковалёва. – При этом свойства полученных образцов могут отличаться от предполагаемых. Проведенные исследования помогут понять, что происходит внутри при определенных нагрузках и составах образцов. Например, чтобы конструкция была долговечной и работала на протяжении многих циклов нагрузок без нарушения свойств и отказов, нужно, чтобы проволока была сверхэластичной, иначе с каждым циклом нагрузки будет накапливаться большая остаточная деформация и конструкция быстро придет в негодность.
После анализа экспериментальных данных станет понятно, что происходит внутри проволоки на каждом этапе растяжения, как происходит мартенситное превращение, от которого зависит сверхэластичность материалов и другие функциональные качества.
Добавим, что никелид-титановая титановая проволока размером от 40 до 100 мкм производится только в ТГУ. Из нее на специальном станке изготавливается конструкция с особым способом соединения петель – металлотрикотажная сетка. Она используется для производства гиперупругих и сверхэластичных имплантов, предназначенных для закрытия дефектов мягких тканей – кожи, мышц, стенок кровеносных сосудов, сухожилий, связок, внутренних органов.
Новые материалы уже доказали высокую биосовместиость с тканями человека, поэтому начато их внедрение в клиническую практику. Результаты проведенных исследований позволят ученым быстрее доводить новые материалы для пациентов, создавая персонифицированные импланты, исходя из особенностей организма каждого человека.
Добавим, что создание новых материалов для сохранения здоровья нации входит в число ключевых направлений стратегического проекта «Технологии безопасности», реализуемого ТГУ при поддержке федеральной программы «Приоритет 2030».
Для справки:
Лаборатория сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ создана при поддержке правительства РФ для решения сложных научных задач в области медицинского материаловедения. Основные направления работы лаборатории: фундаментальные и прикладные исследования, разработка передовых биосовместимых материалов для замещения дефектов мягких и твердых тканей, возникающих вследствие травм, приобретенных заболеваний или врожденных патологий.