Ученые НГТУ участвуют в разработке «искусственных костей» человека
Ученые опорного НГТУ принимают участие в работе над материалом, максимально схожим с костной тканью человека. В дальнейшем его планируют применять для производства медицинских имплантатов. Первые изделия из нового материала будут представлены ориентировочно в 2020 году.
Ученые Института физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН (Томск) поставили задачу получить биоинертный сплав с низким модулем упругости. Материалы для исследований производятся совместно с коллегами из Новосибирского государственного технического университета, Института ядерной физики (ИЯФ СО РАН), а также с помощью партнеров в Китае. Затем механические свойства полученного материала улучшаются в Томске.
Сегодня самый распространенный материал для имплантатов — чистый титан с модулем упругости около 120 гигапаскалей. У керамики, которая широко используется в медицине, этот показатель — 200 гигапаскалей. Ученые утверждают: если модуль упругости материала больше, чем у костной ткани, основная нагрузка приходится на имплантат. А это может привести к биодеградации кости. Пока проблему решают путем создания сплавов с никелем, но этот металл вреден для организма.
«Мы занимаемся сплавами системы титан-ниобий, которые при определенном содержании ниобия имеют модуль упругости около 55 гигапаскалей, что сопоставимо с характеристиками костной ткани. На выходе должен получиться новый биосовместимый материал с высокими механическими характеристиками, пригодный для изготовления любых имплантатов», — так прокомментировал работы специалист лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов ИФПМ Иван Глухов.
Сплав титана и ниобия был получен учеными кафедры материаловедения в машиностроении НГТУ совместно с коллегами из ИЯФ им. Г. И. Будкера. Изначально сплав создавался для использования в химических реакторах, так как крайне устойчив к воздействию агрессивных веществ (например, кислот) и может продлить срок службы реактора.
«Титан, тантал и ниобий являются биоинертными материалами. Таким образом, возможно, экспериментируя с их различными соотношениями, получить материал для последующего создания имплантатов. Кроме того, модуль упругости сплавов титана с танталом и ниобием ближе к характеристикам костей, чем чистый титан или сплавы, применяемые в настоящее время», — рассказал один из участников работ, старший преподаватель НГТУ Алексей Руктуев.
Для получения сплава используется уникальная разработка ИЯФ СО РАН — промышленный ускоритель ЭЛВ-6, который выпускает концентрированный пучок электронов с энергией 1,4 МэВ. Пучком обрабатывают поверхность титанового листа, на который нанесен порошок другого металла, в результате образуется особо прочный сплав.