Медная добавка сделала "умные" материалы для имплантатов эластичнее
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.
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.
