Разработан титановый сплав нового поколения для биомедицинских имплантатов

Учёные Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН разработали перспективный титановый сплав системы Ti–Zr–Nb (титан–цирконий–ниобий), обладающий уникальным сочетанием механических и функциональных свойств для применения в медицинских имплантатах. Новый сплав может найти применение при создании зубных имплантатов, эндопротезов тазобедренных и коленных суставов, внутрикостных пластин, винтов для остеосинтеза и других медицинских изделий, требующих высокой биосовместимости и длительного срока эксплуатации. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда и стало результатом совместной работы ученых ИМЕТ РАН, НМИЦ имени Н.И. Пирогова и Институт прикладной физики РАН. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Journal of Functional Biomaterials.

Разработка направлена на решение одной из ключевых проблем современной имплантологии – эффекта экранирования нагрузок (stress shielding), возникающего при использовании традиционных титановых имплантатов. Классические материалы, включая чистый титан и широко применяемый сплав Ti-6Al-4V, обладают высоким модулем Юнга (также известного, как модуль упругости), значительно превышающим аналогичный показатель костной ткани человека. Из-за этого окружающая кость испытывает недостаточную механическую нагрузку, что со временем может приводить к её атрофии и снижению срока службы имплантата.

Созданный исследователями сплав Ti–Zr–Nb отличается пониженным модулем Юнга, максимально приближенным к характеристикам костной ткани человека. При этом материал сохраняет высокую прочность, пластичность и демонстрирует эффект сверхэластичности – способность восстанавливать первоначальную форму после деформации. «Разработанный сплав сочетает высокую механическую прочность с пониженным модулем упругости, что позволяет существенно снизить риск деградации костной ткани вокруг имплантата и повысить срок его службы. Это открывает новые перспективы для персонализированной медицины и современных технологий эндопротезирования», – отметила одна из ученых, принимающих участие в исследовании Сударчикова Мария Андреевна, младший научный сотрудник Лаборатории прочности и пластичности металлических и композиционных материалов и наноматериалов (№10) ИМЕТ РАН.

Разработанный материал обеспечивает снижение эффекта экранирования нагрузок при имплантации, повышение долговечности и надёжности имплантатов, улучшение биомеханической совместимости с костной тканью, снижение риска последующей костной атрофии.