Добавки из порошка Ti улучшили материал для костных имплантатов

Ученые лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы из Сибирского физико-технического института (СФТИ ТГУ) усовершенствовали технологию получения пористого сплава TiNi-Ti. Работа имеет важное прикладное значение для создания имплантируемых конструкций, используемых в дентальной имплантологии и челюстно-лицевой хирургии.

Технология получения материала для имплантатов, который при физических нагрузках ведет себя так же, как и живые ткани организма, была запатентована в 2020 г. (патент № 2732716). Материал создан на основе биосовместимого пористого никелида титана (TiNi) с добавлением порошка титана (Ti).

Новый 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.

«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», – рассказывает Сергей Аникеев, старший научный сотрудник лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы СФТИ.

Исследователи изучили 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.

Сибирские ученые 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.

Авторы статьи «Получение пористого сплава TiNi-Ti методом диффузионного спекания и исследование его состава, структуры и мартенситных превращений», опубликованной журналом Journal of Alloys and Compounds – сотрудники СФТИ ТГУ Сергей Аникеев, Надежда Артюхова, Анастасия Шабалина, Сергей Кулинич, Валентина Ходоренко, Мария Кафтаранова, Владимир Промахов и Виктор Гюнтер.

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».