В МАИ разработали технологию изготовления пористого титана для протезирования

18 ноября 2022

В Московском авиационном институте разработали технологию изготовления уникального материала для протезирования, состоящего из сваренных между собой волокон титана. Материал обладает хорошей биосовместимостью, а за счёт его высокой пористости и подходящего размера пор костная ткань легко прорастает в него, образуя единую структуру с имплантатом.

Проектом занимаются учёные института № 11 «Материаловедение и технологии материалов» МАИ. Одним из научных коллективов под руководством профессора Михаила Серова был предложен метод высокоскоростного затвердевания расплава для получения тонких волокон титана, напоминающих металлическую вату. Другой коллектив при поддержке Минобрнауки России разработал метод термоводородной обработки, способствующей спеканию таких волокон.

— Металлические волокна прессуются в заготовки в виде цилиндра или плоского листа, после чего проводится их обработка, — рассказывает руководитель проекта, профессор кафедры «Материаловедение и технология обработки материалов» МАИ Михаил Коллеров. — Мы вводим в металл водород, который способствует изменению структуры и свойств материала. Происходит диффузионная сварка, спекание волокон. После удаления водорода мы получаем материал, представляющий собой спутанные, но при этом ещё и сваренные волокна, с очень хорошей пористостью — порядка 50–70% и размером пор от 30 до 300 мкм.

Пористый титан может применяться для воссоздания разрушенных позвонков, способных за счёт срастания формировать единый костный блок со смежными позвонками. Помимо этого, листовые заготовки из нового материала можно приваривать к монолитным имплантатам, создавая пористую поверхность. Такое покрытие подходит, например, для элементов эндопротезов суставов — тазобедренного, коленного и т. д. Также листовым материалом можно покрывать непосредственно кость, что будет способствовать её укреплению за счёт врастания в металл.

В качестве альтернативы маёвскому методу может использоваться 3D-печать из титана. Однако достичь в этом случае требуемых размеров пор, необходимых для эффективного прорастания костной ткани, практически невозможно. Другой альтернативой может служить способ спекания титановых гранул с образованием пористой структуры, но в этом случае возникает другая проблема.

— Если какая-то из гранул оторвется от материала и начнёт мигрировать по организму, последствия могут быть непредсказуемыми. Например, попадание такой частицы в суставную пару трения может повлечь за собой выход протеза из строя и повторную операцию, — объясняет профессор МАИ. — Метод диффузионного спекания волокон позволяет получить гораздо более прочное и надёжное соединение и не навредить здоровью человека.

Как отмечает разработчик, материал уже нашёл применение в ветеринарии: например, при лечении переломов у собак. В течение ближайших лет коллектив рассчитывает передать технологию на производство медицинских изделий.

В этот день было

Родился авиаконструктор С. С. Коротков
Первый полёт экспериментального самолёта Т-5
В Комсомольске-на-Амуре образован авиазавод № 126