Агрегатор новостей
современной Российской науки, анонсы мероприятий, события, мнения
При поддержке Российского фонда фундаментальных исследований

Магний станет основой биорастворимых имплантатов

Коллектив материаловедов НИТУ «МИСиС» представил новый сплав на основе магния, цинка, галлия и иттрия который может применяться в качестве материала для современных челюстных имплантатов. Они не требуют повторной операции, поскольку постепенно растворяются в организме параллельно с ростом нового участка костной ткани. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Materials.

Магний и сплавы на его основе представляют серьезный интерес для имплантологов в качестве временной фиксации костной ткани, так как имеют высокий уровень биосовместимости и способность постепенно растворяться в организме человека по мере прогрессирования процесса заживления. При этом модуль Юнга (физическая величина, которая характеризует свойства материала сгибаться или растягиваться под воздействием силы) магния и его сплавов близки к модулю Юнга  человеческой костной ткани.  Это в свою очередь предотвращает эффект «экранирования напряжений», характерный для широко распространенных в хирургической практике, но гораздо более «жестких» титановых сплавов. Эффект экранирования напряжений (stress shielding effect) приводит к тому, что соседние здоровые кости недостаточно нагружаются и происходит их постепенная деструкция и,  как следствие, уменьшение плотности. В будущем это грозит  расшатыванием  имплантата и разрушением кости.

Группу материаловедов НИТУ «МИСиС» заинтересовал галлий, в качестве легирующего компонента для магниевых сплавов, так как клинически доказано, что ионы галлия эффективны против резорбции костной ткани и применяются для лечения остеопороза и связанной с онкологией гиперкальциемии. Ученые описали оптимальную технологию создания сплава системы магний-цинк-галлий-иттрий, а именно влияние различных режимов термической обработки на микроструктуру, механические и коррозионные свойства итогового состава. 

«В результате серии лабораторных опытов мы выяснили, что термообработка на твёрдый раствор улучшала механические свойства сплавов, а низкая скорость коррозии в растворе Хэнкса достигалась за счет растворения катодных фаз в процессе термообработки», – говорит соавтор исследования, заведующий лабораторией «Гибридные наноструктурные материалы» НИТУ «МИСиС», к.т.н. Александр Комиссаров. 

По словам разработчиков, анализ влияния различных режимов термообработки на свойства сплава показал, что оптимальные температура и время составляют 350 °С и 18 часов с последующей закалкой в воде соответственно. Результаты коррозионных испытаний продемонстрировали, что добавление в состав сплава иттрия снижает скорость коррозии в растворе в 2 раза.

«Сплавы с отношением цинка и галлия, близким к 1, имеют примерно одинаковую скорость коррозии ~0,6 мм/год. Для сплавов с отношением цинка и галлия, равным 2 и 3,25, скорость коррозии составила 0,78 и 1,03 мм/год соответственно. Добавление иттрия снизило скорость коррозии с 0,59 до 0,27 мм/год из-за ингибирующего эффекта, оказываемого слоем продуктов коррозии. Таким образом, изменяя химический состав магниевого сплава за счет отношения цинка и галлия в нем, можно управлять скоростью коррозии имплантатов», – добавляет ключевой исполнитель проекта, доцент кафедры ЛТиХОМ НИТУ «МИСиС», к.т.н. Вячеслав Баженов.

Таким образом, магниевый сплав с добавками цинка, галлия и иттрия, термообработанный по предложенному режиму, может применяться для создания челюстно-лицевых имплантатов благодаря высоким механическим свойствам и низкой скорости биорезорбции. Наличие галлия в составе сплавов придаст им новые, уникальные свойства и поможет восстановлению поврежденной костной ткани пациентов.

В настоящий момент разработчики готовятся приступить к доклиническим исследованиям имплантатов на основе нового сплава на площадке одной из российских ветеринарных клиник.