Украинские ученые разработали новый титановый сплав для медицины
Во всем мире сегодня остро стоит вопрос, из какого материала лучше всего производить медицинские изделия, в частности, дентальные имплантаты. Сейчас производители используют различные сплавы металлов, керамику, стеклокерамику, полимеры. В большинстве металлических сплавов при этом присутствуют токсичные для человеческого организма элементы, такие как ванадий, хром, никель, кобальт и др. Поэтому они не обладают биологической инертностью и полной совместимостью с человеческим организмом. Наиболее применяемые из металлических материалов в медицинской практике титан и его сплавы. Ведь такие материалы, помимо низкого удельного веса (например, почти в 2 раза легче нержавеющих сталей), обладают достаточно высокой прочностью и хорошей биоинертностью.
На многих заводах по производству дентальных имплантатов в мире в основном используют либо чистый титан (марки Grade 4), либо сплав марки Grade 5, в котором, для повышения механических характеристик было произведено дополнительное легирование такими элементами как алюминий и ванадий. Эти элементы являются своеобразными «подводными камнями» для человеческого организма, ведь хотя они и повышают механические свойства материала, но при этом являются токсичными либо полу токсичными для человека.
Решить эту проблему взялись ученые Института проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины: академик НАН Украины Фирсов Сергей Алексеевич кандидаты технических наук, старшие научные сотрудники Кузьменко Николай Николаевич и Кулак Леонид Денисович. Они разработали новый сплав титана - «биотитан» на основе системы Ti-Si-Х. Этот материал обещает совершить переворот на мировом рынке производства имплантатов. На это есть несколько причин.
Во-первых, в новом сплаве не содержатся токсичные элементы ванадий и алюминий. Вместо них используются легирующие элементы кремний, ниобий, цирконий, которые полностью биологически совместимы с организмом человека. Коррозионная стойкость таких сплавов в организме намного выше по сравнению с другими сплавами титана и не уступает золоту и платине.
Во-вторых, в «биотитане» удалось снизить величину модуля упругости до 60-100 ГПа, приблизив его величину к модулю реальной кости. Кроме того, применяя специальные режимы термомеханической обработки, удалось существенно повысить механические свойства сплава: предел прочности - до 1150-1200 МПа, порог текучести - до 950-1050 МПа при удлинении до 10-15 %.
Сейчас сплав прошел многоэтапные профильные доклинические исследования, во время которых определялись влияние нового сплава на живой организм. В результате сравнительного эксперимента на молекулярном уровне были доказаны уникальные интеграционные свойства «биотитана» (сплав системы Ti-Si-Х) в месте соприкосновения с костной тканью. Живой организм воспринимает сплав Ti-Si-Х как сходный с собой, «родной». Проведенные эксперименты показали: новый сплав - не только полностью биологически совместим с костной тканью, но и впервые для металлических сплавов является остэоактивным и может содействовать остеоиндукции на участках его контакта с костью, то есть способствует процессу сращивания имплантата с костью.
На изобретенный материал украинских ученых уже есть международный патент.
Сейчас основной задачей разработчиков сплава есть доведение нового материала до изготовления реальных изделий медицинского назначения на украинских предприятиях. Малые предприятия ЦНТУ «Рапид» (г. Киев), ТОВ «Прокатспецсталь» (г. Запорожье) и ООО НПП «Элтехмаш» (г. Винница) на своем оборудовании и производственных площадях в экспериментальном режиме начали изготавливать из сплава заготовки пластин и прутки разных размеров для изготовления различных изделий.
Завод дентальных имплантатов ABM Technology в Днепре, оснащенный самым современным оборудованием для производства медицинских изделий, также заинтересовался изобретением украинских ученых. На базе завода была изготовлена пробная партия дентальных имплантатов из «биотитана». Образцы переданы ученым Института проблем материаловедения НАНУ, которые в дальнейшем планируют проводить доклинические и клинические испытания и выяснить, сможет ли «биотитан» диктовать новые правила игры на мировом рынке производства дентальных имплантатов.
