Ученые, экспериментально изучавшие состав металлических сплавов, используемых для медицинских имплантатов, совершили значительный прорыв, создав биоматериал повышенной гибкости и износостойкости. Новый суперэластичный сплав, созданный командой ученых, позволяет преодолеть некоторые ключевые проблемы безопасности и обеспечить восстановление деформации и длительную прочность, необходимые для длительного применения в человеческом теле.Недавно разработанный биоматериал может существенно увеличить срок службы имплантатов тазобедренного сустава. Depositphotos

Новый металлический сплав - дело рук ученых из японского университета Тохоку, поставивших перед собой задачу решить некоторые ключевые проблемы, связанные с биоматериалами, которые в настоящее время используются для медицинских имплантатов. Такие имплантаты могут использоваться для замены тазобедренного или коленного сустава, однако используемые сегодня металлические сплавы намного жестче кости, что может привести к ее атрофии или потере плотности. В то же время более гибкие материалы со временем теряют свою износостойкость.

 Существующие сверхэластичные металлические сплавы, используемые обычно в стентах и проволоках для ортодонтии, многообещающе показали себя как способ преодолеть эту грань между прочностью и гибкостью, но они содержат никель, который несет в себе риск аллергических реакций. 

Это позволило сосредоточиться на так называемом модуле Юнга (модуль продольной упругости), который определяет, насколько легко материал может растягиваться и деформироваться, в зависимости от его кристаллической структуры. Гибкий материал имеет низкий модуль Юнга, а жесткий материал имеет высокий модуль Юнга. Команда попыталась сократить разрыв между модулем Юнга человеческой кости и металлом, используемым для медицинских имплантатов.

"Поскольку модуль Юнга зависит от ориентации кристалла, мы выращивали монокристаллы определенной конфигурации", - сказал Сяо Сюй, автор-корреспондент исследования.

Ученые из Университета Тохоку разработали новый металлический сплав с оптимальными свойствами для медицинских имплантатов. Сяо Сюй и др.

Результатом экспериментов стало создание нового гибкого и прочного сверхэластичного сплава на основе хрома, который продемонстрировал скорость восстановления деформации в два раза более высокую, чем коммерчески доступные никель-титановые сплавы. При этом модуль Юнга был чрезвычайно низким, а гибкость сплава была сравнима с эластичностью человеческой кости.

"Мы знали, что хром обладает сильной коррозионной устойчивостью, но сверхэластичность, гибкость и значительная износостойкость материала на основе кобальт-хрома нас удивили", - говорит Сюй.

В настоящее время ученые пытаются лучше понять, почему разработанный ими сплав, получивший название Co-Cr-Al-Si (CCAS), обладает такими превосходными свойствами, и надеются усовершенствовать его еще больше. Впрочем, и в своем нынешнем виде, по мнению ученых, новый биоматериал является весьма перспективным кандидатом для применения в биомедицине.

Исследование было опубликовано в журнале Advanced Materials. 

Источники: Tohoku University, journal Advanced Materials.
(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202202305)
(https://www.tohoku.ac.jp/en/press/new_flexible_and_tough_superelastic_metal_alloy.html)