Магний станет основой биорастворимых имплантатов для челюстно-лицевой хирургии

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 твердый 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», кандидат технических наук Александр Комиссаров.

По словам разработчиков, анализ влияния различных режимов термообработки на свойства сплава показал, что оптимальные температура и время составляют 350 градусов Цельсия 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 два раза.

«Сплавы с отношением цинка и галлия, близким к единице, имеют примерно одинаковую скорость коррозии – примерно 0,6 миллиметров в год. Для сплавов с отношением цинка и галлия, равным 2 и 3,25, скорость коррозии составила 0,78 и 1,03 миллиметров в год соответственно. Добавление иттрия снизило скорость коррозии с 0,59 до 0,27 миллиметров в 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», кандидат технических наук 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. 

НИТУ МИСИС

56 статей

Университет науки и технологий МИСИС — это ведущий вуз в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов; первый в стране, получивший статус «Национального исследовательского технологического университета». Первое место в России и ТОП-100 в мире в рейтинге QS Materials Science за 2023 год. В университете действуют 45 научно-исследовательских лабораторий и 3 научных центра мирового уровня. В состав НИТУ МИСИС входят 8 институтов, 4 филиала в России и 2 за рубежом.

Показать больше