Титановый волокнисто-пористый материал улучшает остеоинтеграцию имплантатов

16 ноября 2016

Важными требованиями к имплантатам и фиксирующим покрытиям, применяющимся для устранения костных дефектов и эндопротезирования, являются механическая прочность и надежность. Существенно улучшить эти характеристики позволит технология, разработанная учеными МАИ (НИУ), проводящими свои исследования в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям научно-технологического развития России на 2014-2020 годы».

Суть разработанного ими метода заключается в синтезе титанового материала, наноструктура которого характеризуется строго определенной пористостью. Для этого технически чистый титан в форме прутка расплавляется под воздействием электронно-лучевой пушки, после чего капля расплава попадает на вращающийся диск-кристаллизатор, выполненный из меди, на поверхности которого она и застывает. Такой метод высокоскоростного затвердевания получил название «Висящая капля». Преимущество этой методики – исключение загрязнения титана, которое неизбежно во время его плавлении в тигле.

В результате на диске-кристаллизаторе образуются титановые волокна, геометрические параметры которых зависят от:

  • формы диска,
  • скорости вращения диска,
  • мощности тепловой пушки.

Размеры получаемых волокон могут находиться в пределах 5 – 50 мкм.

Затем титановые волокна прессуются до образования требуемой формы (листовой или более сложной), после чего под воздействием определенной механической нагрузки спекаются или свариваются диффузионным способом. Полученный материал обладает следующими характеристиками (определены в ходе исследований):

  • объемная пористость – (50÷80)%,
  • размер пор – (50÷500) мкм.

Далее он подвергается термоводородной двухэтапной обработке:

  • сначала в него термодиффузионным способом вводится водород,
  • затем водород удаляется вакуумным отжигом.

По завершению термоводородной обработки у материала на (50÷100)% увеличивается механическая прочность. Объясняется это перекристаллизацией металла на фазовом уровне (происходит измельчение структуры до нанопластин) и формированием общей структуры в местах соприкосновения отдельных волокон.

Для проведения клинических испытаний была изготовлена партия имплантатов с применением пористого титана. Они были вживлены в дефектные участки костей двум десяткам кроликов. Операции над животными были выполнены в Гематологическом научном центре. В результате последующих наблюдений было подтверждено полное прорастание костной ткани через пористый титановый имплантат в течение 3-х месяцев. К тому же существенно снизился риск металлоза от выкрашивания материала.

В качестве индустриального партнера проекта выступает ЗАО «Имплант МТ». Приоритетная сфера действия этой компании – изготовление эндопротезов тазобедерного и коленного суставов. А новый пористый титан планируется применять для формирования на их поверхности остеоинтегрирующего покрытия. Такое решение будет способствовать:

  • повышению надежности фиксации имплантатов в кости,
  • уменьшению вероятности послеоперационных осложнений.

ЗАО «Имплант МТ» уже приступило к созданию прототипов эндопротезов и их отдельных компонентов для позвоночных и тазобедерных отделов. Первые испытания этих прототипов, оснащенных остеоинтегрирующим покрытием, продемонстрировали высокие прочностные показатели эндопротезов не только к механическим воздействиям, но и по отношению к адгезии с окружающими органическими тканями.