• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
15.06.2022
Сколтех
801

Сплав железа и кремния испытали для создания имплантов, сращивающих переломы

4.7

Научная группа из Сколтеха и Сеченовского университета напечатала на 3D-принтере образцы из пористого сплава железа и кремния — создатели считают этот материал перспективным для дизайна костных имплантов, сращивающих переломы. Результаты исследования свидетельствуют, что полученные образцы малотоксичны, прочны, биоразлагаемы и на них может формироваться костная ткань.

Напечатанные на 3D-принтере образцы из сплава железа и кремния / ©Олег Дубинин / Сколтех / Автор: Артем Фомин

Работа опубликована в журнале Biomedical Materials. Чтобы залечить серьезный перелом, на место дефекта устанавливают особые импланты, которые способствуют восстановлению кости. Они служат своего рода каркасом, который постепенно зарастает костной тканью. В идеале, к тому времени, как имплант выполнит свою задачу, он должен раствориться в теле — тогда не понадобится операция по его извлечению. Как раз для этого и подойдет, по мнению его создателей, новый сплав железа и кремния.

Материалы для подобных имплантов должны соответствовать ряду требований. Они должны быть прочными, как кость, и пористыми — чтобы было пространство для формирования новой ткани. Кроме того, подходящий материал должен быть биосовместимым и биоразлагаемым. То есть он, с одной стороны, принимается организмом пациента, с другой стороны — естественным образом растворяется; но не слишком быстро, чтобы биологическая кость успевала вырасти. Притом продукты разложения не должны быть токсичны.

«Часто используются сплавы железа, потому что этот металл не воспринимается организмом как чужеродный и разлагается примерно за такое время, какое нужно; и в то же время в чистом виде железо слишком мягкое. Наш коллектив материаловедов уже работал со сплавами железа и кремния, и мы подумали, что стоит их рассмотреть в контексте имплантов, ведь известно, что кремний тоже биосовместим, нетоксичен, хорошо усваивается и выводится организмом», — рассказывает первый автор исследования, младший научный сотрудник Сколтеха Юлия Бондарева.

Напечатанные на 3D-принтере образцы из сплава железа и кремния / ©Олег Дубинин / Сколтех

«Мы изготовили пористые образцы из сплава железа и кремния на 3D-принтере из порошка. Напечатанные образцы имели произвольный дизайн, подходящий для комплексного исследования их механических и биологических свойств. В дальнейшем планируется изготовление образцов имплантов анатомической формы для исследований непосредственно в организме животных», — пояснил руководитель исследования Станислав Евлашин.

Коллектив исследовал механические свойства сплава, чтобы проверить, насколько хорошо образцы выдерживают сжатие и растяжение по сравнению с чистым железом и другими сплавами этого металла, популярными в имплантологии. Выяснилось, что новый сплав по своим характеристикам превосходит рассмотренные аналоги. «Вдобавок мы показали, что сделанные из него импланты действительно будут разлагаться организмом за нужное время», — добавила Бондарева.

«Кроме того, мы картировали элементный состав образцов, — продолжил Евлашин. — Порошок, который загружается в 3D-принтер, содержит железо и кремний в определенном соотношении, плюс при высокой температуре лазерной печати всегда в какой-то мере идет окисление. Чтобы убедиться, что механические свойства не меняются от одного участка образца к другому, мы подтвердили, что соотношение между двумя основными элементами — и кислородом тоже — правильное и оно неизменно по всему образцу».

Синтез материала и проверка механических свойств были проведены в Сколтехе, после чего образцы отправились в Сеченовский университет, где они прошли испытания с живыми клетками в физиологическом растворе. Мышиные фибробласты и клетки, полученные из пуповины человека, продемонстрировали хорошую спайку, то есть прочно пристали к каркасу из сплава. При помощи микроскопа удалось подтвердить, что выжило примерно 70 процентов клеток, что говорит о достаточно умеренной токсичности материала — она связана с образованием гидроксида и хлорида железа при разложении. Важно отметить, что на образце наблюдалось отложение фосфата кальция — значит, на импланте будет расти костная ткань.

Наряду с железосодержащими в качестве материалов для биоразлагаемых имплантов изучаются также сплавы магния и цинка. Однако из-за различий в свойствах можно ожидать, что они не займут в точности ту же нишу, что их аналоги на основе железа. Последние могут, в частности, наилучшим образом подойти для ортопедии и травматологии, где свойства нового сплава железа и кремния будут особенно ценны.

Один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник Сеченовского университета и сотрудник МГУ Анастасия Шпичка, прокомментировала работу: «Такие материалы востребованы, в частности, у ортопедов-травматологов. Имплант из сплава железа и кремния может иметь механические свойства, сравнимые с теми, которыми обладают коммерческие аналоги, однако он способен резорбироваться. В месте имплантации постепенно формируется новая ткань, замещающая имплант, и наступает момент, когда его не остается».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 14:02
Татьяна

Больше 10 лет Curiosity ищет свидетельства обитаемости Марсе. В его арсенале — инструменты для анализа горных пород и минералов, сформированных в эпохи, когда Красная планета была пригодна для органической жизни. И вот новое открытие: на пути к пику Шарп в ударном кратере Гейла марсоход впервые обнаружил кристаллы серы — необходимого строительного элемента белков.

Позавчера, 11:31
ПНИПУ

День металлурга в 2024 году россияне отмечают 21 июля. Ученые Пермского Политеха рассказали, какой металл самый распространенный, какой — не утонет в воде, где можно встретить титан, можно ли потрогать обедненный уран, что опаснее — вдохнуть или проглотить ртуть, есть ли ее безопасный аналог и какой элемент не существует в чистом виде.

10 часов назад
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

15 июля
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

16 июля
Александр Березин

Традиционное представление о роли человека в земных экосистемах известно: он нарушает их нормальную работу и снижает биоразнообразие. Однако первая попытка изучить следы пыльцы за последние 12 тысяч лет принесла скорее противоположные данные — как минимум для континентов, полностью расположенных в Северном полушарии.

16 июля
Татьяна

Аппарат «Кассини», работавший на орбите Сатурна с 2004 по 2017 год, детально картировал его крупнейший спутник — Титан. Выяснилось, что ближе к полярным областям на поверхности есть моря и озера с жидкими углеводородами, куда впадают пополняемые атмосферными осадками реки. По мере изучения этой информации у исследователей возникло все больше вопросов. Каков состав жидкости и что определило очертания береговых линий? Воспользовавшись данными радарной съемки, американские ученые уточнили состав морей Кракена, Лигеи и Пунги и описали свойства их поверхностей.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно