МОСКВА, 30 сен – РИА новости. Костные имплантаты, которые организм пациента не отторгает, можно печатать на 3D-принтере, используя не один металл, а несколько титановых сплавов сразу. Такую идею выдвинули ученые СПбПУ. Им удалось придать отдельным слоям вживляемого устройства свойства, близкие к структуре настоящей кости. Результаты представлены в журнале Metals.
Почему один материал не справляется?
К разным участкам имплантата предъявляются разные требования:
- от некоторых зон нужна повышенная стойкость при изгибе;
- от поверхности — способность быстро срастаться с костной тканью;
- в местах контакта искусственного материала с биологическим желателен антибактериальный эффект.
Если делать такое устройство из одного материала, он не сможет удовлетворить все запросы сразу и не будет "суперстойким" к любому воздействию, рассказали в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого (СПбПУ).
«
"Имплантат можно представить не как деталь из одного металла, а как конструкцию, разные участки которой сделаны из наиболее подходящего для них материала. При этом между разными материалами не должно быть слабого "шва", иначе такой конструктор "развалится", — рассказал один из авторов работы, ведущий научный сотрудник, доцент Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ Игорь Полозов.
Что сделали ученые?
В СПбПУ доказали, что подход к созданию вживляемых конструкций реален, если применять разные по составу титановые сплавы. Для разных частей имплантата специалисты предложили три варианта:
- биосовместимый сплав титана с танталом (Ti15Ta);
- сплав титана с танталом, ниобием и цирконием (Ti10Ta2Nb2Zr);
- сплав титана с ниобием, цирконием и медью (Ti13Nb13Zr5Cu) — атомы меди в его составе противодействуют росту бактерий.
«
"Мы установили, что при 3D-печати методом селективного лазерного плавления между этими материалами образуются переходные зоны толщиной в несколько сотен микрометров, которые не уступают исходным сплавам по прочности. Реакцию живых клеток на отдельные сплавы мы оценивали в лаборатории на культурах клеток кости и десны", — пояснил Полозов.
Ученый подчеркнул, что еще больше приблизить имплантат по структуре и свойствам к реальной кости поможет дополнительное регулирование пористости каждого слоя.
Планы на будущее
До внедрения в клиническую практику предстоит дополнительно исследовать:
- усталостные характеристики;
- коррозионное поведение;
- биологический отклик самих переходных зон между сплавами.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 25-79-00097).