Учёные МАИ разрабатывают новое покрытие для эндопротезов
Учёные лаборатории «Материаловедение» научно-исследовательского отдела Образовательного центра института № 11 «Новые материалы и производственные технологии» Московского авиационного института работают над технологией, которая может серьёзно изменить подход к созданию медицинских имплантатов – в частности, компонентов эндопротезов тазобедренного сустава. Она позволит повысить надёжность этих медицинских изделий и при этом удешевит их производство. Работа ведётся при поддержке Российского научного фонда.
Для того чтобы имплантат фиксировался в организме без костного цемента — специального синтетического материала, который фиксирует эндопротез, на его поверхность наносят пористое покрытие: костная ткань прорастает в неровности и обеспечивает сцепление с имплантатом. Сегодня такие покрытия получают несколькими методами — плазменным напылением мелких капель расплавленной титановой проволоки или порошка, диффузионной сваркой проволоки и 3D‑печатью.
— У каждого метода есть ограничения: при напылении и диффузионной сварке сложно контролировать размер пор. Более предсказуемый результат даёт технология 3D-печати — она позволяет задавать требуемую архитектуру поверхности и нужный размер пор, однако производство таких изделий очень дорого по сравнению с другими методами. Поэтому исследования в этой области остаются актуальными: необходимо создать такой материал, который позволит снизить себестоимость эндопротеза, а также сократить число повторных хирургических вмешательств для устранения возникших осложнений или коррекции недостатков после эндопротезирования, — рассказала руководитель проекта, доцент Ольга Гвоздева.
Коллектив МАИ предлагает использовать новый способ для формировании пористой архитектуры поверхности. В его основе — порошки титановых сплавов ВТ1‑0 и ВТ6 с разным размером частиц. ВТ1‑0 — технически чистый титан, обладающий исключительной стойкостью к коррозии и биосовместимостью. ВТ6 – титановый сплав с добавлением алюминия и ванадия, который способен выдерживать высокие нагрузки. Связующим материалом выступает поливиниловый спирт, а порообразователем — обычная поваренная соль, хлорид натрия.
Для создания покрытия планируется использовать порошки с тремя разными размерами частиц: от крупных 250 – 300 мкм до мелких 25 – 50 мкм. Это позволит точнее регулировать и контролировать долю пор в материале, а также их размер и расположение.
Процесс формирования покрытия выглядит так: вначале на пластины с шероховатой поверхностью наносится смесь порошка, связующего и порообразователя. Затем смесь прессуют и выжигают из неё связующее вещество и порообразователь. Завершающий этап — высокотемпературный вакуумный отжиг: он формирует прочный физико-химический контакт как между покрытием и основой, так и между частицами порошка.
— Для формирования пористого покрытия достаточно стандартного доступного оборудования — механического пресса и вакуумной электропечи, что делает технологию простой и экономически выгодной, — отметила Ольга Гвоздева.
На текущем этапе учёные сосредоточены на экспериментальных исследованиях: они изучают соотношение пропорций связующего, порообразователя и титанового порошка, влияние усилий прессования на размер формируемых пор и архитектуру поверхности. В дальнейшем учёные продолжат серию экспериментов, чтобы отработать параметры технологии и подготовить её к масштабированию.
Результаты проекта могут быть востребованы предприятиями, выпускающими медицинские изделия для травматологии и ортопедии: внедрение технологии позволит снизить себестоимость компонентов эндопротезов бесцементной фиксации, улучшить их свойства и повысить качество и надёжность изделий в целом.
Источник: пресс-служба МАИ