Новости

4 февраля, 2022 11:55

Ученые СФТИ ТГУ улучшили материалы для костных имплантатов

Научный коллектив лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы Сибирского физико-технического института ТГУ усовершенствовал технологию получения пористого сплава TiNi-Ti. Проделанная работа имеет важное прикладное значение для создания имплантируемых конструкций, используемых в дентальной имплантологии и челюстно-лицевой хирургии. Журнал Journal of Alloys and Compounds (Q1 с импакт-фактором 5.316) опубликовал статью, в которой исследователи описывают достигнутые результаты для реализации мартенситных превращений в пористых сплавах на основе TiNi, полученных диффузионным спеканием.
Комбинированные дентальные имплантаты на основе TiNi с пористой структурой основания. Источник: пресс-служба СФТИ ТГУ

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. 


Микроструктура пористого сплава на основе TiNi с добавкой Ti. Обнаруженные фазы отмечены различными цветами: TiNi(B2) – желтый, TiNi(B19′) – зеленый, Ti2Ni – красный, Ti3Ni4 – голубой, TiO2 – пурпурный. Источник: пресс-служба СФТИ ТГУ

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.

28 марта, 2024
Ученые ИТМО создали более долговечные синие перовскитные светодиоды
Ученые ИТМО нашли новый способ получения синего излучения у перовскитных нанокристаллов. Он позвол...
28 марта, 2024
Ученые научились управлять мощностью электронного пучка в течение его импульса
В Институте сильноточной электроники СО РАН модернизирована уникальная научная электронно-пучковая...