20 января 2023, 22:00

Медная добавка сделала "умные" материалы для имплантатов эластичнее

Материаловедение
Медицина
"Умные" материалы

Российские физики выяснили, как добавление меди влияет на физико-механические свойства пористого титан-никелевого сплава. Оказалось, медь делает его более эластичным, что позволяет создавать из него имплантаты более сложных конфигураций или моделировать необходимую форму пористого имплантата в процессе хирургического вмешательства, в том числе в лицевой хирургии.

Медная добавка сделала
Образцы нового сплава
Источник: Пресс-служба Минобрнауки России

Пористые материалы на основе никелида титана (TiNi) широко применяются для создания имплантатов костей: они безопасны для организма, устойчивы к коррозии, износостойкие, а их структура похожа на структуру костей. Вместе с тем достаточно сложно придать им необходимую форму и тем более проблематично «подправить» ее потом.  

«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. В сплавах на основе никелида титана жесткость системы определяется минимальным значением напряжения мартенситного превращения — совместного изменения расположения атомов в структуре материала. 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», — рассказывает сотрудник лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы ТГУ Мария Кафтаранова.

Ученым удалось выяснить, что добавление меди в состав TiNi открывает возможности управления физико-механическими свойствами материала, позволяет регулировать температурный интервал проявления эффекта памяти формы. При этом необходимо соблюдать строгие пропорции в составе материала для имплантатов, поскольку легирование (добавка) Cu в литых сплавах системы TiNi свыше 10 атомных процентов меди снижает его технологичность и повышает хрупкость.

Кроме того, медь помогла увеличить износостойкость литых сплавов при температурах от 37 °C до 250 °C, а также повысить сопротивление коррозии, а значит, и обеспечить его долгую службу.

Важным открытием стало также определение диапазона оптимальных концентраций меди — он лежит в районе 3–6 ат.%. В этом случае для пористых сплавов вместе с широким температурным интервалом проявления обратимых деформаций характерно низкое значение напряжения мартенситного сдвига. Мартенситный сдвиг — это уровень напряжения, при котором накопление деформации идет не за счет пластического механизма, который является дефектным, а благодаря мартенситному превращению, то есть изменению взаимного расположения атомов в структуре сплава.

По мнению исследователей, работа имеет большую практическую ценность, поскольку позволит точнее моделировать объемные и сложные по конфигурации имплантаты, которые соответствуют структуре дефектов живой ткани.

Публикации из новости

Читайте также

В ИОХ РАН разработан экологичный метод электрохимического травления германия
В Лаборатории аналогов карбенов и других нестабильных молекул ИОХ РАН впервые показана возможность получения пористого германия с использованием экологически чистых имидазолиевых ионных жидкостей.
Материаловедение
Экология
Электрохимия
16 ноября 2021
Международный коллектив ученых разработал привитую мембрану для «зеленой» электроэнергии
Ученые из ИОНХ РАН, НИУ ВШЭ, Кафедры химического машиностроения (Бельгия) и Технологического университета Тшване (Южная Африка) разработал ионообменные мембраны на основе привитых сополимеров для производства электроэнергии в процессе обратного электродиализа.
Материаловедение
Химия высокомолекулярных соединений
27 октября 2021
Ученые создали из иттербия источники ИК-излучения рекордной интенсивности с помощью нафталиновой «шубы»
Научные сотрудники ФИАН, МГТУ им. Н. Э. Баумана, ИНЭОС РАН, ИОХ РАН и ИОНХ РАН синтезировали и исследовали новые комплексы иттербия с люминесцентными свойствами, перспективные для создания прототипов органических светоизлучающих диодов.
Материаловедение
Неорганическая химия
Химия координационных соединений
20 октября 2021