Группа ученых СПбПУ разработала и изготовила новый тип биоматериалов для тазобедренных имплантатов. Специалисты утверждают, что свойства материала максимально приближены к костной ткани человека.
Как пояснили эксперты, особенностью классических тазобедренных имплантатов является использование металлических биоматериалов, например, титановых сплавов. Такие сплавы обладают положительным коэффициентом Пуассона — то есть материал поперечно расширяется при продольном сжатии.
Тазобедренные имплантаты в процессе механической нагрузки подвержены изгибу, что ведет к сжатию одной стороны имплантата и растяжению — другой. В итоге одна сторона имплантата всегда прижимается к кости, а вторая — отводится от нее. Это приводит тому, что поверхность раздела между костью и имплантатом восприимчива к повреждению. Кроме того, частицы износа могут проникать в пространство между имплантатом и костью, заставляя иммунную систему пациента реагировать на инородное тело. Зачастую это приводит к воспалительному процессу с последующим отторжением имплантата.
Ячейки биоматериала1 из 4
Изображение единичных ячеек биоматериала, отснятое на сканирующем электронном микроскопе2 из 4
Изображение единичных ячеек биоматериала, отснятое на сканирующем электронном микроскопе3 из 4
Изображение единичных ячеек биоматериала, отснятое на сканирующем электронном микроскопе4 из 4Ячейки биоматериала1 из 4Изображение единичных ячеек биоматериала, отснятое на сканирующем электронном микроскопе2 из 4Изображение единичных ячеек биоматериала, отснятое на сканирующем электронном микроскопе3 из 4Изображение единичных ячеек биоматериала, отснятое на сканирующем электронном микроскопе4 из 4
Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета имени Петра Великого (СПбПУ) предложили использовать мета-биоматериал с отрицательным коэффициентом Пуассона (−0,09 и −0,003). Как пояснил инженер лаборатории «Синтез новых материалов и конструкций» Эдуард Фарбер, такой материал способен, при продольном растяжении, расширяться в поперечном размере, а при продольном сжатии, наоборот, сужаться в поперечном размере. По его словам, благодаря этому свойству такой имплантат будет механически стимулировать рост кости и блокировать возможность отслоения и воспаления костной ткани.
«Мы целенаправленно спроектировали материал с определенной архитектурой. Он обладает редкими и нестандартными комбинациями механических, физических и биологических свойств», — пояснил ученый, подчеркнув, что разрабатываемый материал приближается по значению жесткости (модуля упругости) к пористой (трабекулярной) костной ткани, а также обладает порами разных размеров. В вузе сообщили, что в перспективе возможно использование данного биоматериала и для других типов имплантатов.
В настоящее время группа ученых Политеха уже изготовила опытные образцы материалов нового типа и провела компьютерное моделирование и испытания для определения свойств материалов. Как сообщил Эдуард Фарбер, образцы были созданы с помощью метода селективного лазерного плавления. Такой метод позволяет слой за слоем выращивать изделия с геометрией высокой сложности путем нанесения слоя порошка металла или сплава на подложку и сканирования его лазером.
